塊體非晶合金納米壓痕行為的表征及分析.pdf

1、非晶合金因其優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能,自從1960年被制備以來就引起了研究者的廣泛興趣。然而,該材料在室溫下,斷裂前缺乏顯著的塑性變形限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。因此,研究非晶合金的塑性變形機(jī)理和尋找提高塑性變形的途徑成為了非晶合金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文選用Pd40Cu30Ni10P20、Zr48Cu32Ni4Al8Ag8、Zr48Cu34Pd2Al8Ag8和[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4三種體系四個

2、成分的塊體非晶合金作為對象,利用深度敏感納米壓痕實(shí)驗(yàn)和原子力顯微鏡(atomic force microscopy,AFM)納米壓痕實(shí)驗(yàn)研究了塊體非晶合金的塑性變形和蠕變變形行為及其機(jī)理。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論如下:
　　1.Pd40Cu30Ni10P20和Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金在納米壓痕過程中表現(xiàn)出了鋸齒流變(pop-in)現(xiàn)象,且該現(xiàn)象具有速率相關(guān)性。通過分析AFM形貌圖及其截面和單個pop-in事件,認(rèn)為

3、pop-in事件與剪切帶存在一定的關(guān)系,但不是每個剪切帶的開動對應(yīng)一個pop-in事件,而是每個剪切帶對應(yīng)多個pop-in事件。
　　2.從載荷-位移(P-h)曲線中提取單個pop-in事件數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)pop-in事件包含加速、穩(wěn)態(tài)和減速三個階段,且計(jì)算出剪切帶的滑移速度?；诩羟袔У恼扯戎岛腿A段特性,提出了一個流變模型,該模型能很好的擬合單個pop-in實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并較好的解釋了鋸齒流變現(xiàn)象。
　　3.根據(jù)自由體積理論,推導(dǎo)

4、出流動缺陷濃度與壓痕速率的表達(dá)式和流動缺陷濃度與壓痕深度的關(guān)系式,分別預(yù)測了壓痕速率相關(guān)性和壓痕尺寸效應(yīng)。
　　4.在納米壓痕實(shí)驗(yàn)中,Pd40Cu30Ni10P20、Zr48Cu32Ni4Al8Ag8、Zr48Cu34Pd2Al8Ag8和[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4塊體非晶合金都表現(xiàn)出室溫蠕變現(xiàn)象,且蠕變變形隨壓痕載荷和加載速率的增加而增大,保載10s以后基本達(dá)到穩(wěn)定。保載階段的蠕變可以分為兩

5、個階段:在初始階段,蠕變變形的速率很大,變形呈指數(shù)上升;隨后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程,蠕變變形隨時(shí)間變化很小。利用EVEV(elastic-viscoelastic-viscous)模型進(jìn)行模擬,模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的相當(dāng)好,并根據(jù)此模型獲得了蠕變速率、蠕變應(yīng)力指數(shù)、蠕變?nèi)崃亢脱舆t譜。
　　5.基于自由體積理論,通過納米壓痕蠕變實(shí)驗(yàn)計(jì)算出了剪切轉(zhuǎn)變區(qū)(STZ)的活化體積。
　　6.利用AFM納米壓痕實(shí)驗(yàn)研究了Pd40Cu30Ni10P20