【摘要】：得益于長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的無(wú)定形結(jié)構(gòu),非晶合金表現(xiàn)出超高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性、優(yōu)良的導(dǎo)電性、玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近超塑性的特點(diǎn),因而成為制作微型超精密器件及其磨具的前景材料。非晶合金表面損傷行為直接制約著這些工件的使用效果及壽命。目前非晶合金表面損傷行為的研究比較分散,本研究針對(duì)這一現(xiàn)象采用多樣化的實(shí)驗(yàn)手段(車削、納米劃痕、微觀壓縮)系統(tǒng)深入的研究非晶合金在表面損傷過(guò)程中的行為特點(diǎn)。研究了超精密切削時(shí),試樣表面形貌起伏狀況、表面粗糙度在不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的變化情況,并探討了剪切帶運(yùn)動(dòng)對(duì)切削時(shí)產(chǎn)生的褶皺狀切屑的影響。發(fā)現(xiàn)進(jìn)給速度會(huì)對(duì)超精密切削過(guò)程的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。從熱傳導(dǎo)及刀具磨損量角度解釋了主軸轉(zhuǎn)速與切削深度對(duì)加工后試樣表面形貌起伏狀況的影響。此外,分析了納米劃移過(guò)程與超精密切削過(guò)程的相似性,為將具有高時(shí)空分辨率的納米劃移技術(shù)用于輔助研究超精密切削行為打下了良好理論基礎(chǔ)。結(jié)合非晶合金自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從自由體積之間相互聯(lián)系的緊密性的角度解釋了納米劃移過(guò)程中鋸齒形成原因。將廣泛應(yīng)用在不連續(xù)機(jī)制研究中的平均場(chǎng)理論引入到具有間斷特點(diǎn)的鋸齒行為分析中,并且通過(guò)擬合得到臨界崩塌尺寸。研究發(fā)現(xiàn)自由體積濃度及自由體積能量勢(shì)壘會(huì)影響臨界崩塌尺寸。將自由體積流系數(shù)方程進(jìn)一步深化,得出自由體積流系數(shù)與臨界自由體積流系數(shù)間的差值,Δη,并引出非晶合金系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念。Δη與非晶合金的自由體積濃度有一定聯(lián)系。Δη較小,自由體積濃度較大,此時(shí)自由體積間的相互聯(lián)系增大,說(shuō)明系統(tǒng)抗外界擾動(dòng)的能力較好,臨界崩塌尺寸較大。同時(shí),較大自由體積能量勢(shì)壘預(yù)示變形過(guò)程需要儲(chǔ)存更多彈性能,預(yù)示較大臨界崩塌尺寸。從非線性動(dòng)力學(xué)角度分析了納米劃移過(guò)程中的塑性流變行為。研究表明納米滑行過(guò)程中的剪切帶行為是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。將表觀的剪切帶行為與直觀的數(shù)學(xué)參數(shù)分形維數(shù)、赫斯特指數(shù)建立聯(lián)系,把剪切帶的局部性質(zhì)與整體性質(zhì)量化表征。分形維數(shù)越大說(shuō)明剪切帶行為越復(fù)雜,赫斯特指數(shù)距0.5越遠(yuǎn)說(shuō)明剪切帶分布越不均勻。研究發(fā)現(xiàn)隨加載力增加,納米劃移行為會(huì)出現(xiàn)一個(gè)從混沌狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)變�；煦缫馕吨�(jiǎn)單變化之間相互聯(lián)系相互影響,衍生出復(fù)雜行為,因而在混沌行為中會(huì)存在“蝴蝶效應(yīng)”,即,初始條件的微小變化會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響。在實(shí)踐生產(chǎn)中混沌現(xiàn)象應(yīng)極力避免發(fā)生。研究了單軸微觀壓縮時(shí),剪切帶在非晶合金塑性變形中所起的作用。通過(guò)原位壓縮技術(shù)表征出剪切帶的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)并將其與應(yīng)力應(yīng)變曲線中的鋸齒進(jìn)行對(duì)應(yīng)。剪切帶的不同階段被概述出來(lái):剪切帶形成、剪切帶傳播、剪切帶靜態(tài)老化。研究中引入界面效應(yīng),將多層交替膜微柱壓縮與單層膜微柱壓縮的塑性變形行為進(jìn)行比較,認(rèn)為多層膜中界面能的增加有助于形成較高密度的剪切帶,此外,剪切帶間相互作用促使多層交替膜的非晶柱壓縮塑性增加。這為未來(lái)通過(guò)調(diào)控剪切帶行為提高非晶合金塑性提供有效研究思路。本論文的研究結(jié)果對(duì)于深入理解非晶合金的表面損傷行為,有效調(diào)控剪切帶行為,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)非晶合金的塑性變形機(jī)制,從而開發(fā)性能優(yōu)異的非晶合金器件具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG139.8
【圖文】：

１．１引言逡逑根據(jù)內(nèi)部原子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)代學(xué)者將固態(tài)材料分為晶態(tài)（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、逡逑準(zhǔn)晶態(tài)（Ｑｕａｓｉ邋Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、非晶態(tài)（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）三大類。如圖１．１所示：晶逡逑態(tài)固體，分子（原子或離子）呈周期性排列，具有平移對(duì)稱性；準(zhǔn)晶態(tài)物質(zhì)，逡逑分子（原子或離子）呈長(zhǎng)程取向性，具有有序分布的特點(diǎn)怛不具有平移對(duì)稱性：逡逑非晶態(tài)物質(zhì)，原子排列具有長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的特點(diǎn)。不同于粒子規(guī)律性排逡逑列的晶體及準(zhǔn)晶體只不過(guò)是凝聚態(tài)物質(zhì)中的特例，非晶態(tài)物質(zhì)無(wú)處不在，并廣逡逑泛存在于人們的日常生活中。具有非晶態(tài)特性的玻璃是必不可少的建筑材料；逡逑與現(xiàn)代生活息息相關(guān)的工程塑料大部分是非晶態(tài)聚合物；造紙、油漆、肥皂行逡逑業(yè)中廣泛應(yīng)用的化學(xué)原料之一的松香同樣具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。對(duì)非晶態(tài)物質(zhì)逡逑的認(rèn)知是理解凝聚態(tài)物質(zhì)的重要組成部分。２０世紀(jì)初，非晶合金一以金屬元逡逑素為主要成分，具有金屬鍵特性的非晶態(tài)固態(tài)材料，進(jìn)入科研工作者視野并成逡逑為應(yīng)用材料行列中的一員。逡逑圖丨．丨（ａ）晶態(tài)（ｂ）準(zhǔn)晶態(tài)［２１，邋（ｃ）非晶態(tài)的原子聚集狀態(tài)示意圖［３］。逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋（ａ）邋ｃｉｙｓｔａｌｌｉｎｅ１＇１

邋１０－＜逡逑Ｌｏｓｓ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ逡逑圖１．４金屬、合金、金屬基復(fù)合材料及非晶合金（共１５０７種材料）的回彈性＜ｒｙ２／Ｅ與損耗逡逑系數(shù)ｎ關(guān)系圖［１＇逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ邋ａｙ２／Ｅ邋ｖｓ邋ｌｏｓｓ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋ｒ｜邋ｆｏｒ邋１５０７邋ｍｅｔａｌｓ，邋ａｌｌｏｙｓ，邋ｍｅｔａｌ邋ｍａｔｒｉｘ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ逡逑ａｎｄ邋ｍｅｔａｌｌｉｃ邋ｇｌａｓｓｅｓ１１７．逡逑３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 蔣敏強(qiáng);;塊體金屬玻璃的剪切帶行為[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2012年02期

本文編號(hào)：2728878