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、化學和力學性能,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)展和應用。因此,研究非晶合金的塑性變形機理和尋找提高塑性變形的途徑成為了非晶合金領域的研究熱點和難點。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驗和原子力顯微鏡(atomic force microscopy,AFM)納米壓痕實驗研究了塊體非晶合金的塑性變形和蠕變變形行為及其機理。主要實驗結果和結論如下:
　　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)象具有速率相關性。通過分析AFM形貌圖及其截面和單個pop-in事件,認為

3、pop-in事件與剪切帶存在一定的關系,但不是每個剪切帶的開動對應一個pop-in事件,而是每個剪切帶對應多個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,發(fā)現(xiàn)pop-in事件包含加速、穩(wěn)態(tài)和減速三個階段,且計算出剪切帶的滑移速度。基于剪切帶的粘度值和三階段特性,提出了一個流變模型,該模型能很好的擬合單個pop-in實驗數(shù)據,并較好的解釋了鋸齒流變現(xiàn)象。
　　3.根據自由體積理論,推導

4、出流動缺陷濃度與壓痕速率的表達式和流動缺陷濃度與壓痕深度的關系式,分別預測了壓痕速率相關性和壓痕尺寸效應。
　　4.在納米壓痕實驗中,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;隨后進入穩(wěn)態(tài)過程,蠕變變形隨時間變化很小。利用EVEV(elastic-viscoelastic-viscous)模型進行模擬,模型和實驗數(shù)據吻合的相當好,并根據此模型獲得了蠕變速率、蠕變應力指數(shù)、蠕變柔量和延遲譜。
　　5.基于自由體積理論,通過納米壓痕蠕變實驗計算出了剪切轉變區(qū)(STZ)的活化體積。
　　6.利用AFM納米壓痕實驗研究了Pd40Cu30Ni10P20