基于納米壓痕實(shí)驗(yàn)的Fe基、Pd基和ZrCu基塊體非晶合金的微觀力學(xué)行為研究.pdf

1、塊體非晶合金由于其獨(dú)特的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，在機(jī)械、電子、國(guó)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(shí)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(xué)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(shí)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(yán)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(xué)性

2、能成為了領(lǐng)域內(nèi)近期研究的熱點(diǎn)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(duì)象，利用納米壓入法對(duì)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)崃俊⒀舆t譜等力學(xué)性能進(jìn)行了表征和分析，以期得到一些對(duì)改善塊體非晶合金力學(xué)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(gè)范圍內(nèi)，四者的硬度表現(xiàn)出驚人的相似性，即當(dāng)加載速率小于1 mNs-1時(shí)，硬度有一點(diǎn)減小，大于等于1mNs-1時(shí)幾乎沒有變化。⑵隨著壓痕試驗(yàn)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(shì)

4、。對(duì)于Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金，當(dāng)加載速率較小時(shí)(小于1 mNs-1)約化模量銳減，而當(dāng)加載速率繼續(xù)增大，它的約化模量幾乎無(wú)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(shí)，約化模量有一點(diǎn)點(diǎn)增大。⑶討論了加載速率和化學(xué)成分組成對(duì)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(dòng)是不同的；Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金的塑性流動(dòng)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(dòng)；Pd40Cu30Ni10P20塊體非晶合金的鋸齒流動(dòng)在較低的加載速率下較明顯，且 pop-in的平臺(tái)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(shí)， 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(jí)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(duì) 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(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；基于經(jīng)驗(yàn)公式擬合曲線計(jì)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(jì)算了Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金和 Zr48