基于納米壓痕實驗的Fe基、Pd基和ZrCu基塊體非晶合金的微觀力學行為研究.pdf

1、塊體非晶合金由于其獨特的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的物理、化學和力學性能，在機械、電子、國防和航空等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。近幾年來，隨著塊體非晶合金在實際工程中得到越來越多的應(yīng)用，塊體非晶合金的研究引起了學界的廣泛關(guān)注。目前，人們已經(jīng)成功開發(fā)出多種塊體非晶合金系，有的已在實際工程中得到了很好的應(yīng)用，但大部分塊體非晶合金在室溫條件下表現(xiàn)出較低的室溫塑性變形能力。這一瓶頸問題嚴重影響了塊體非晶合金的大規(guī)模工程應(yīng)用，如何改善塊體非晶合金的力學性

2、能成為了領(lǐng)域內(nèi)近期研究的熱點問題之一。本文以 Pd40Cu30Ni10P20、Zr48Cu32Ni4Al8Ag8、Zr48Cu34Pd2Al8Ag8和[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4四種塊體非晶合金為研究對象，利用納米壓入法對以上四種塊體非晶合金在不同加載條件下的硬度、約化模量以及納米壓痕下的鋸齒流變行為、蠕變、蠕變?nèi)崃?、延遲譜等力學性能進行了表征和分析，以期得到一些對改善塊體非晶合金力學性能有益的結(jié)論

3、。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴隨著荷載的增大，四種塊體非晶合金的壓頭深度增加硬度和約化模量減小，其中[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4塊體非晶合金的硬度和約化模量減小最明顯;在0.2至10mNs-1整個范圍內(nèi)，四者的硬度表現(xiàn)出驚人的相似性，即當加載速率小于1 mNs-1時，硬度有一點減小，大于等于1mNs-1時幾乎沒有變化。⑵隨著壓痕試驗加載速率的增加，四種塊體非晶合金的約化模量表現(xiàn)出不同的變化趨勢

4、。對于Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金，當加載速率較小時(小于1 mNs-1)約化模量銳減，而當加載速率繼續(xù)增大，它的約化模量幾乎無變化。[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4塊體非晶合金、Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金和Zr48Cu34Pd2Al8Ag8塊體非晶合金的約化模量呈現(xiàn)出明顯的速率相關(guān)性。有趣的是[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4塊體非晶合

5、金在加載速率為10 mNs-1時，約化模量有一點點增大。⑶討論了加載速率和化學成分組成對塊體非晶合金鋸齒行為的影響。結(jié)果表明：相同的加載速率下四種塊體非晶合金的鋸齒塑性流動是不同的；Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金的塑性流動比 Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金的更為明顯，而Zr48Cu34Pd2Al8Ag8塊體非晶合金和[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4塊體非晶合金幾乎不具有鋸齒塑

6、性流動；Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金的鋸齒流動在較低的加載速率下較明顯，且 pop-in的平臺隨著加載速率的減小而逐漸增大，隨著壓痕深度的增加， Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金的pop-in尺寸也增加；相同的壓痕應(yīng)變速率時， Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金的應(yīng)變速率峰值比 Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金的更為顯著，并且它們的量級受到壓痕應(yīng)變率的影響。⑷分析了最大荷載和加載速率對 Zr

7、48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金和Zr48Cu34Pd2Al8Ag8塊體非晶合金的室溫納米壓痕蠕變行為的影響。⑸利用經(jīng)驗公式和廣義Kelvin模型擬合了兩種ZrCu基塊體非晶合金的蠕變位移實驗數(shù)據(jù)；基于經(jīng)驗公式擬合曲線計算了 Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金和Zr48Cu34Pd2Al8Ag8塊體非晶合金的應(yīng)力指數(shù)；基于廣義 Kelvin模型擬合曲線計算了Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金和 Zr48