非晶合金的形變行為及尺寸效應(yīng)研究.pdf

1、本論文采用X 射線衍射分析儀（XRD）、差示掃描量熱儀（DSC）、光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、納米壓痕儀（Nano Indenter）、顯微維氏硬度計(jì)（Vickers Indenter）、力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)（Zwick Roell Testing Machines）等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)研究了從室溫到過冷液態(tài)區(qū)溫度范圍內(nèi)，溫度、應(yīng)變速率、樣品（或變形區(qū)）尺寸對非晶合金形變行為及尺寸效應(yīng)的影響。
　　 采用電弧熔煉/水冷銅模

2、吸鑄技術(shù)制備出不同自由體積含量的Zr65Cu17.5Ni10Al7.5非晶合金，并通過比熱及密度法來進(jìn)行量化比較分析。采用納米壓痕技術(shù)對不同自由體積含量的樣品進(jìn)行壓痕測試。結(jié)果表明，樣品中自由體積含量的增加有助于非晶合金變形過程中剪切帶的形核，因而在壓痕位移—深度曲線上表現(xiàn)出更加明顯的鋸齒塑性變形現(xiàn)象，在顯微壓痕周圍出現(xiàn)更加粗大的剪切帶。此外，壓痕硬度及彈性模量隨樣品中自由體積含量的增加而減小。根據(jù)自由體積理論，本文建立了壓痕硬度與自由

3、體積的半定量關(guān)系。
　　 采用納米壓痕及界面連接技術(shù)，在不同壓痕載荷（對應(yīng)不同深度）條件下，研究了非晶合金的室溫形變行為及壓痕尺寸效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著壓痕深度的增加，載荷—壓痕深度曲線上的鋸齒塑性流變現(xiàn)象更加明顯。相應(yīng)的，壓痕下方的剪切帶及剪切位移尺寸增大，此外，壓痕硬度隨著深度的增加而降低，表現(xiàn)出所謂的壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)自由體積理論，本文半定量的估算了自由體積隨壓痕深度的增加量。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，對退火態(tài)非晶合金進(jìn)行對比測

4、試后發(fā)現(xiàn)，該樣品的壓痕硬度較鑄態(tài)樣品高，但兩合金具有相似的壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象，即具有相同程度的塑性軟化效應(yīng)。對同成分晶態(tài)合金進(jìn)行對比測試后發(fā)現(xiàn)，晶態(tài)合金較非晶態(tài)樣品具有相對光滑的載荷―壓痕深度曲線，壓痕下方出現(xiàn)不同尺寸的滑移帶。但壓痕硬度隨壓痕深度的減小曲線較非晶態(tài)合金更加陡峭，即表現(xiàn)出更加明顯的壓痕尺寸效應(yīng)。
　　 在室溫至過冷液態(tài)區(qū)溫度范圍內(nèi)，采用納米壓痕技術(shù)，在不同壓痕載荷（對應(yīng)不同深度）條件下，分別研究了溫度及應(yīng)變率對Au

5、49Ag5.5Pd2.3Cu26.9Si16.3 非晶合金的形變行為及壓痕尺寸效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，隨著壓痕溫度的升高，該非晶合金在玻璃轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生了從非均勻變形到均勻變形的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，溫度的增加也給壓痕硬度隨壓痕深度的變化帶來了不同程度的影響，即出現(xiàn)了不同的壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。然而，在過冷液態(tài)區(qū)一定溫度條件下，非晶合金的形變行為與加載速率密切相關(guān)，如當(dāng)加載速率高于10 mN s-1時(shí)，該非晶合金發(fā)生了從均勻變形向非均勻變形的轉(zhuǎn)變。此外，

6、當(dāng)應(yīng)變速率超過這一臨界值（10 mN s-1）時(shí)，壓痕硬度并非隨壓痕深度增加而減小，而隨壓痕深度增加而增大，表現(xiàn)出明顯的反壓痕尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。
　　 采用電子壓縮力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，在室溫條件下對不同直徑，高徑比均為2：1的Zr65Cu17.5Ni10Al7.5 非晶合金棒進(jìn)行壓縮測試，以研究樣品尺寸對壓縮塑性的影響。
　　 結(jié)果表明，大尺寸（如Φ 4 mm）樣品在壓縮時(shí)屈服后便出現(xiàn)脆斷。相比之下，小尺寸（如Φ 1 mm）樣品則表

7、現(xiàn)出較大的塑性應(yīng)變（超過25%）。此外，通過對不同尺寸樣品的斷口研究發(fā)現(xiàn)，大尺寸（如Φ 4 mm）樣品的斷口形貌分布著大量典型的脈狀花紋，而小尺寸（如Φ 1 mm）樣品則均勻分布著間歇式滑移帶，中間尺寸（如Φ 2 mm）樣品則同時(shí)具有脈狀花紋及間歇式滑移帶。
　　 在過冷液態(tài)區(qū)，采用壓縮技術(shù)，分別研究了不同尺寸非晶樣品在不同應(yīng)變率條件下的形變行為及尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。結(jié)果表明，隨著應(yīng)變率的增加，非晶合金發(fā)生了從牛頓流變向非牛頓流變的轉(zhuǎn)