塊體非晶合金室溫微納流變力學(xué)行為及機(jī)理研究.pdf

1、塊體非晶合金具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及廣闊的應(yīng)用前景,受到科學(xué)界和材料工程界的關(guān)注與重視,是科技前沿的熱點之一,非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、形成機(jī)理、變形機(jī)理等基礎(chǔ)問題是當(dāng)前研究的重要內(nèi)容。塊體非晶合金材料的流變行為為流變力學(xué)提供了新的研究課題。本文以多種體系的塊體非晶合金為研究對象,基于材料的微觀結(jié)構(gòu)及物理本質(zhì),應(yīng)用理論與實驗相結(jié)合的方法,研究了塊體非晶合金室溫微納流變力學(xué)行為及機(jī)理,建立了相應(yīng)的流變力學(xué)模型。本文得到的主要結(jié)果如下:

2、r>　　1、提出了非晶合金中的微觀非均勻結(jié)構(gòu)在中程序到~10nm尺度或更大尺度(可能達(dá)到~μm)范圍的分形分布模型,通過綜合分析、分形維計算證明了該模型的合理性。
　　2、基于非晶合金微觀非均勻結(jié)構(gòu)的分形分布特征,引入能夠比擬樹狀分形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)階微分流變模型研究材料的室溫流變行為。根據(jù)分?jǐn)?shù)階微分的Riemann-Liouville定義討論了分?jǐn)?shù)階微分流變模型的性質(zhì),提出了蠕變?nèi)崃亢退沙谀Ａ康膶嵱煤喕磉_(dá)式,并給出了模型參數(shù)在熱

3、力學(xué)限制條件下的取值范圍。根據(jù)分?jǐn)?shù)階微分流變模型的本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)了球形壓頭壓入分?jǐn)?shù)階微分粘彈性半空間問題的解,給出了分?jǐn)?shù)階微分粘彈性體在階躍加載和常加載速率模式下的納米壓痕粘彈性響應(yīng)。
　　3、對Pd40Cu30Ni10P20,Zr48Cu34Pd2Al8Ag8和(Fe0.432Co0.288B0.192Si0.048Nb0.04)96Cr4塊體非晶合金進(jìn)行了室溫粘彈性納米壓痕實驗,結(jié)果表明,分?jǐn)?shù)階微分流變模型能細(xì)致刻畫材料的室溫延

4、遲彈性行為,恰當(dāng)、有效地反映材料結(jié)構(gòu)整體信息,流變參數(shù)與gTT的關(guān)系明晰,物理意義明確。
　　4、考慮屈服產(chǎn)生的非均勻結(jié)構(gòu)分形生長,提出了表征塊體非晶合金室溫納米壓痕蠕變行為的新的分?jǐn)?shù)階微分流變模型,證明了該模型包含常規(guī)流變模型,且經(jīng)適當(dāng)簡化后可得到常用的表征納米壓痕蠕變行為的經(jīng)驗公式。通過精細(xì)設(shè)計的納米壓痕蠕變實驗,分別得到了(La0.5Ce0.5)65Al10Co25塊體非晶合金室溫蠕變中可回復(fù)的粘彈性及不可回復(fù)的粘性流動變形

5、,結(jié)合其他幾種不同體系塊體的納米壓痕蠕變實驗結(jié)果考察了蠕變載荷 maxP、加載速率P對蠕變行為的影響及模型參數(shù)的變化趨勢。結(jié)果表明,流變模型參數(shù)少,擬合精度高,物理意義明確。 maxP變化時,粘彈性變形呈現(xiàn)一定程度的線性性質(zhì),粘性流變變形表現(xiàn)出明顯的壓痕蠕變尺寸效應(yīng);P對蠕變行為影響顯著,并由流變模型參數(shù)的變化趨勢反映;著重分析了模型參數(shù)中粘度指標(biāo)η、分?jǐn)?shù)階次0α的變化規(guī)律及0α與蠕變應(yīng)力指數(shù)n的關(guān)系,結(jié)果表明,0α與n隨P的變化規(guī)律相

6、似,η是加載歷史相關(guān)的、表征蠕變開始時體系瞬態(tài)粘度的指標(biāo),0α是反映蠕變過程中材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息和流動趨勢的參數(shù)。由流變模型參數(shù)的物理意義合理地解釋了文獻(xiàn)中報道的n隨P變化趨勢的爭議;以Mg65Cu25Y10和Mg85Cu5Y10塊體非晶合金為例,討論了弛豫對非晶合金蠕變行為的影響,并進(jìn)一步驗證了流變模型的物理意義。
　　5、基于自由體積理論推導(dǎo)出非晶合金納米壓痕硬度H與應(yīng)變速率、自由體積濃度及加載時間的關(guān)系式,提出非晶合金中納米壓