金屬玻璃,又稱非晶合金,它是將高溫下熔化的液體金屬以極快的速度冷卻,使金屬原子來不及結(jié)晶,得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無序結(jié)構(gòu),沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。由于特殊的微觀結(jié)構(gòu),使其具有高強(qiáng)度、高斷裂韌性、高彈性極限和優(yōu)異的耐腐蝕和軟磁性能。但這種特殊的結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了金屬玻璃室溫下拉伸塑性差、難以進(jìn)行機(jī)械加工等問題,制約著其工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用推廣。本文整理了我們研究金屬玻璃微觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的相關(guān)工作,探討金屬玻璃變形的演化過程和機(jī)理。分析微觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性對(duì)金屬玻璃變形過程中的剪切帶形核、擴(kuò)展和相互作用的影響,明確剪切帶形成過程的結(jié)構(gòu)信息,從而有效地控制剪切帶軟化程度,加深對(duì)金屬玻璃變形過程中的原子團(tuán)簇演變以及影響變形主要因素的認(rèn)識(shí),提高金屬玻璃室溫塑性變形能力。 

【文章來源】：燕山大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,44(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

彈性模量E′/Eu和損耗模量E″/Eu隨多面體體積變化率的變化

首次提出“松散區(qū)域包圍密堆團(tuán)簇”的異質(zhì)結(jié)構(gòu)模型,利用局域剪切應(yīng)變“腐蝕”法給出了金屬玻璃的整體結(jié)構(gòu)特征,即由短程或中程有序的密堆區(qū)域被周圍松散區(qū)域包圍組成;基于識(shí)別每個(gè)中心原子周圍的多面體體積膨脹和收縮程度,來分辨和量化金屬玻璃的局域密度,建立了多面體體積變化率與動(dòng)態(tài)非均勻性的定量關(guān)系,確定了自由體積與缺陷產(chǎn)生或湮滅之間的關(guān)系;通過快冷過程中預(yù)加壓力弱化中程序?qū)崿F(xiàn)金屬玻璃結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的調(diào)控,增加體系的勢(shì)能和自由體積。提出了調(diào)控剪切帶的新思路,為金屬玻璃中形成剪切環(huán)從而引起的均勻變形提供微觀結(jié)構(gòu)支撐,直觀給出非晶-晶體金屬?gòu)?fù)合材料界面處位錯(cuò)和剪切單元相互作用原子結(jié)構(gòu)圖像,并通過壓痕引入缺口新方式改變剪切帶形成位置,以此達(dá)到提高強(qiáng)化效果并改善塑性變形能力的目的。以上探討了金屬玻璃微觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和變形之間的關(guān)系。但由于目前對(duì)金屬玻璃各個(gè)方面異質(zhì)性的描述仍不夠完善,以及表征不同異質(zhì)性的參量關(guān)聯(lián)程度還沒有確定建立起來,在提前預(yù)判金屬玻璃變形方面支撐程度還不夠。以后將結(jié)合多尺度模擬,縮小模擬與實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間上的差距,著重明確剪切帶形成過程的多重結(jié)構(gòu)與能量信息,并根據(jù)這些信息反推剪切帶形核點(diǎn)、預(yù)判剪切帶擴(kuò)展方向,從而有效地控制金屬玻璃局域化變形。提高對(duì)金屬玻璃宏觀、微觀力學(xué)行為的認(rèn)識(shí),揭示金屬玻璃的微觀變形機(jī)理、補(bǔ)充和完善現(xiàn)有的變形理論。

圖1(a)顯示的是局域剪切應(yīng)變腐蝕方法示意圖,同時(shí)圖中右側(cè)顯示了局域原子位移的放大圖。圖1(b)是沒有施加壓力下的Cu64Zr36金屬玻璃原子結(jié)構(gòu)圖像,以用來作為對(duì)比。圖1(c)是金屬玻璃在應(yīng)變?yōu)?%的條件下根據(jù)原子不同的局域剪切應(yīng)變進(jìn)行著色而得到的原子圖像。因?yàn)椴煌脑泳哂胁煌木钟蚣魬?yīng)變,所以整個(gè)金屬玻璃的不同區(qū)域具有不同的特點(diǎn)。具有小局域剪切應(yīng)變的原子(深藍(lán)色)聚在一起形成1.5～2.5 nm大小的團(tuán)聚區(qū)域,而具有大局域剪切應(yīng)變的原子(淺藍(lán)色)在空間上相互連接,包裹著小局域剪切應(yīng)變的原子組成的團(tuán)聚區(qū)域。同時(shí)可以推測(cè)出增大應(yīng)力可以使原子的局部剪切應(yīng)變局域化更加明顯,即形成更加明顯的團(tuán)聚區(qū)域被空間連接的原子相隔離的現(xiàn)象。從整體上看這些團(tuán)聚區(qū)域某種程度上在空間是均勻分布的。進(jìn)一步放大圖1(c)中的一部分,如圖1(d)所示,可以更加清晰地看到由小局域剪切應(yīng)變?cè)咏M成的團(tuán)聚區(qū)域被較大局域剪切應(yīng)變?cè)咏M成的結(jié)構(gòu)所包圍。圖1(e)顯示的是實(shí)驗(yàn)中Cu64Zr36金屬玻璃微觀結(jié)構(gòu)的高分辨圖像,圖像中黑白相間的區(qū)域近一步證實(shí)了模擬中由小局域剪切應(yīng)變?cè)咏M成的團(tuán)聚區(qū)域被較大局域剪切應(yīng)變?cè)咏M成的結(jié)構(gòu)所包圍的特征,由于實(shí)驗(yàn)表征有限,還不能給出這種黑白區(qū)域里面的具體原子微觀特征,但是能給出這種黑白區(qū)域的密度高低對(duì)比。如圖1(f)所示的金屬玻璃中不同區(qū)域的密度分布圖,其中暗的地方代表高密度區(qū)域,亮的地方代表低密度區(qū)域。實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了模擬結(jié)果,即金屬玻璃結(jié)構(gòu)是由密集的團(tuán)聚原子團(tuán)簇區(qū)域和其周圍包裹的松散相連區(qū)域所組成[18]。1.2 多面體體積響應(yīng)法表征金屬玻璃局域密度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2999571

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