Zr-Cu-Ag-Al基大块金属玻璃的塑性和弹性行为研究

【摘要】锆基大块金属玻璃具有很多传统多晶材料无法比拟的优异性能,比如高强度、高硬度、大弹性极限、良好的耐腐蚀性等。但是,其也存在着一些非常致命的缺点,包括室温下较低的塑性等,这些都大大限制了其在工业上的应用。因此,开发兼具良好塑性变形能力和较高玻璃形成能力的锆基大块金属玻璃意义非凡。在本文中,以临界直径为73mm的Zr46Cu30.14Ag8.36Al8Be7.5大块金属玻璃为起点,通过成分调节,开发出2个具有优异力学性能和较佳玻璃形成能力的大块金属玻璃。它们可以形成宽度为10mm厚度为1.5mm的板状金属玻璃,且在三点弯曲实验中表现出良好的弯曲塑性。为了进一步探究影响塑性变形的因素以及其微观机理,我们利用XRD、SEM、DSC、纳米压痕、SR-XRD、PALS等测试检测手段和退火处理的方法对其进行了系统的研究。实验研究结果表明：泊松比v与塑性以及Trg和Y等玻璃形成能力参数都具有良好的相关性,泊松比v越大,塑性越好,而Trg或者γ越小。结构弛豫会降低金属玻璃的泊松比v和塑性变形能力,但是增加STZ体积,这与微合金化后,塑性、泊松比v和STZ体积都增大的变化趋势并不一致,说明STZ体积可能并不是决定金属玻璃塑性变形能力的唯一因素,其中给予STZ形核点位的流动缺陷也许对塑性有重要的影响。进一步研究发现,越高的流动缺陷密度和越大的流动缺陷尺寸都会有助于形成更多的STZ,从而产生更多的剪切带,同时更少的纳米孔洞也不利于剪切带的扩展,使金属玻璃具有更好的塑性；此外,虽然金属玻璃的拉伸脆性大大限制了其作为结构材料的应用,但是如果在实际应用中只是在纯弹性变形范围内,这种拉伸脆性就不会影响金属玻璃的使用。在应变传感器中,为了得到更好的测试性能,敏感元件的材料必须具有高的强度,大的弹性应变和低的弹性模量,而这些性能恰好都是大块金属玻璃所独有的。因此,我们对Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8大块金属玻璃的拉伸弹性特性进行了系统的研究。我们发现在实验时间范围内,其存在线性与非线性两种不随时间变化的弹性变形,两者的临界应力值约为500MPa,且在屈服之前的重复加卸载并不改变其应力-应变的关系。纯线弹性应变极限约为0.6%,大大低于一般报道的2%的弹性应变,但是仍然远高于典型晶体材料的0.1%。同时由于实验时间较短,也并未发现有明显的滞弹性现象。在应力大于500MPa时的非线性弹性应变是由于当应力高于临界值时局部弹性应变产生波动的宏观表现。金属玻璃中的非线性弹性变形可能与剪切应力和位移的正弦相关性有关。
【作者】金建彪；
【导师】曹庆平；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】金属玻璃；塑性变形；泊松比；自由体积；剪切转变区；弹性变形；

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