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《大塊非晶合金的力學(xué)行為及其微觀機理研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要大塊非晶合金的力學(xué)行為及其微觀機理研究在過去十幾年里，人們發(fā)現(xiàn)了許多新型多組元合金體系具有很高的非晶形成能力，能在非常低的冷卻速率條件下，形成大尺寸的非晶合金。與傳統(tǒng)的非晶合金相比，這些大塊非晶合金通常具有很高的熱穩(wěn)定性，能呈現(xiàn)出明顯的玻璃轉(zhuǎn)變過程和很寬的過冷液相區(qū)。這使得人們有足夠?qū)挼臅r間或溫度區(qū)間來進一步深入研究非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變、過冷金屬液相的本質(zhì)特征以及其力學(xué)行為與微結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系。本文選用非晶形成能力很高，且在玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)和過冷液相區(qū)有高熱穩(wěn)定性的Zr55Cu25NisAlloNblo和勱41援13．8clll2．5Nilo-xBe22_sFex(x=0，2)等zr基大塊非晶合金，
2、利用動態(tài)力學(xué)分析(DMA)、單向壓縮實驗、納米壓痕法，并結(jié)合示差掃描量熱分析(DSC)、X射線衍射分析(XRD)和高分辨透射電子顯微分析(HRTEM)等實驗手段，研究了大塊非晶合金在玻璃轉(zhuǎn)變、晶化和粘滯流變等過程中的動態(tài)力學(xué)行為以及微量元素添加對其的影響，在過冷液相區(qū)的均勻塑性流變行為及其與微結(jié)構(gòu)演化的相互關(guān)系。此外，還研究了微結(jié)構(gòu)演化對大塊非晶合金室溫非均勻流變行為及其機制的影響。這些研究成果將有助于理解并迸一步提高大塊非晶合金的形成能力、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。主要實驗結(jié)果上海交通大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文和結(jié)論如下t1)動態(tài)力學(xué)分析表明Zr55Cu25NisAlloNblo大塊非晶合金主弛豫(口弛
3、豫)具有與傳統(tǒng)非晶凝聚態(tài)物質(zhì)相似的動力學(xué)特征，為非Debye弛豫。研究證實了利用準(zhǔn)點缺陷物理模型能系統(tǒng)地定量描述大塊非晶合金在主弛豫過程中的動態(tài)力學(xué)行為以及特征結(jié)構(gòu)弛豫時間r。對溫度的依賴關(guān)系。該模型中的參數(shù)n對f?？?偏離Arrhenius關(guān)系程度的表征與眾所周知的脆性參數(shù)tn有很好的一致性。2)應(yīng)用準(zhǔn)點缺陷理論定量分析了z“1．2Til3．8Cul2．5Nilo．xBe22_5Fex(x=0，2)大塊非晶合金的內(nèi)耗行為。結(jié)果顯示2at％Fe元素的添加導(dǎo)致原子基本運動的驅(qū)動能(，。的值由0．68eV增大到1．20eV,而關(guān)聯(lián)參數(shù)z的值從0．41降低到0．38，這表明了含微量Fe元素的zr．T
4、i．Cu．Ni．Be大塊非晶合金具有更寬玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)和過冷液相區(qū)是因為元素添加導(dǎo)致非晶合金短程有序度增大、原子基本運動的驅(qū)動能提高，從而使其原子動性下降，結(jié)構(gòu)弛豫時間延長所致。3)結(jié)合Maxwell模型和Vogel．Tammann-Fulcher經(jīng)驗表達式定量描述了Zr4ffil4Cul2．5NisBe225Fe2大塊非晶合金在過冷液相區(qū)的亞穩(wěn)平衡內(nèi)耗與溫度的關(guān)系，并獲得了合金過冷液相的動力學(xué)特征參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)隨著2at％Fe添加，Zr-Ti．Cu．Ni．Be大塊非晶合金的V】可溫度ro下降至331．6K,降低了80．9K；而強度指數(shù)D+的值則從18．5增大到22．3。這表明含F(xiàn)e非晶合金具有更
5、高的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性與微量Fe元素添加使其Ⅱ摘要過冷液體變得更“強”有關(guān)。4)進一步分析Zr-Ti．Cu．Ni．Be．Fe大塊非晶合金過冷液相的等溫內(nèi)耗數(shù)據(jù)顯示，該合金的等溫初始晶化驅(qū)動能為3．8eV與合金中Ti元素的擴散驅(qū)動能甌=4．09(-+0．46)eV相當(dāng)。結(jié)合文獻報道的晶化研究成果表明該多組元zr基大塊非晶合金在過冷液相區(qū)的等溫晶化是一個原子擴散控制過程，其中Ti元素的移動和重排起著至關(guān)重要的作用。5)Zr41棚13．8cul2．5NiloBe=．5大塊非晶合金的高溫均勻塑性流變行為依賴于溫度和應(yīng)變速率，隨著溫度的降低或應(yīng)變速率的增大呈現(xiàn)出牛頓流變向非牛頓流變的轉(zhuǎn)變。研究發(fā)現(xiàn)非
6、晶合金的流變行為不僅可以用經(jīng)驗的擴展指數(shù)函數(shù)表達式，還可用物理模型，如基于自由體積模型的過渡態(tài)理論來定量描述。合金過冷液相均勻流變的驅(qū)動參數(shù)：驅(qū)動體積E。為．3160j，驅(qū)動能為4．6eV,其與合金過冷液相中原子的擴散驅(qū)動能值基本一致。這表明Zr41lril3．8Cul2jNiloBe22．5大塊非晶合金在過冷液相區(qū)的均勻塑性流變受原子擴散控制，并且是多原子協(xié)同運動過程。研究還證實了準(zhǔn)點缺陷理論除了能系統(tǒng)描述非晶合金的主弛豫動態(tài)力學(xué)行為，還能在獲得能表征其原子動性的物理參數(shù)(關(guān)聯(lián)參數(shù)石和驅(qū)動能％)的基礎(chǔ)上，進一步描述大塊非晶合金在過冷液相區(qū)的均勻塑性流變行為。6)Zr41棚13．8Cul2．5
7、Nil0Be22．5大塊非晶合金在過冷液相區(qū)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮形變時，在穩(wěn)態(tài)牛頓流變后，呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化現(xiàn)象。研究結(jié)果證實了合金的應(yīng)變硬化是由于過冷液相相分離和隨后的納米晶化造成的，但主要歸功m于前者。另一方面，實驗數(shù)據(jù)分析表明Zr41．2Til3．8Cul2jNiloBe225大塊非晶合金過冷液相的穩(wěn)態(tài)牛頓流變對合金的相分離和初始納米晶化動力學(xué)的影響是非常有限的。7)在納米壓入過程中，Zr41．2Til3
