锆基非晶合金压力敏感特性及其影响因素

摘要

非晶合金具有极高的强度、耐磨和耐腐蚀等优异的性能，作为结构材料具有潜在的应用前景。然而非晶合金室温塑性极差，限制了其在实际中的应用。已有的研究结果表明，非晶合金是一种压力敏感性材料，压力敏感因子对其塑性变形和断裂特性会产生重要影响。深入研究压力敏感因子的物理本质及其影响因素，对深刻理解非晶合金的变形机理有着重要意义。本文采用压痕法对Zr基非晶合金压力敏感因子进行了测试，并研究了结构弛豫和环境温度对非晶合金压力敏感特性的影响，初步分析了外载荷以及结构弛豫对非晶变形的影响，同时分析了硬度和剪切带形貌与压力敏感因子的关联。主要结论如下：
　　(1)采用水冷铜模吸铸法制备了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10两种非晶合金。对两种Zr基非晶在523-633K间进行四种不同温度的恒温退火，得到了不同弛豫程度的合金，经XRD检测后仍为非晶。并对其进行DSC测试，发现随退火温度的升高其结构弛豫程度增加。
　　(2)研究了外载荷和结构弛豫对非晶压力敏感特性的影响。结果表明对同一非晶而言，随非晶结构弛豫程度的增加，压力敏感因子随之增加。对于结构弛豫程度相同的非晶而言，随着外载荷的增加，非晶变形过程中原子之间的摩擦力增加，从而导致其硬度增加。当非晶内部原子间的摩擦力达到临界值时，其硬度趋于定值。对于同一非晶而言，随着结构弛豫程度的增加，非晶内部自由体积逐渐减少，表现为非晶的硬度逐渐增加，压痕周围剪切带的数量减少，剪切带的平均间距随之增加，剪切带衬度逐渐降低。
　　(3)研究了环境温度（273-373K）对非晶压力敏感特性的影响。结果表明对同一非晶而言，随环境温度的升高，压力敏感因子的变化不大。但受材料内部热激活的影响，随着环境温度的升高，非晶的硬度逐渐降低，压痕周围剪切带的数量逐渐增加，剪切带的平均间距逐渐降低。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 非晶合金成分的设计准则

1.3 大块非晶合金的制备方法

1.4 大块非晶合金的结构、性能及应用

1.5 块体非晶合金的变形机制和行为

1.6 大块非晶合金的压力敏感特性

1.7 本论文的选题意义以及主要研究内容

第2章 实验材料制备及方法

2.1 所选的非晶合金成分以及所用的实验材料及设备

2.2 非晶样品的制备

2.3 退火处理

2.4 大块非晶压痕样品的制备与测试

2.5 非晶样品的性能表征和形貌观察

第3章 结构弛豫下非晶压力敏感特性的研究

3.1 引言

3.2 非晶合金的结构与热力学性能

3.3 显微硬度与结构弛豫和载荷的关联

3.4 结构弛豫下剪切带形貌特征与敏感因子的关联

3.5 小结

第4章 不同环境温度下非晶压力敏感特性的研究

4.1 引言

4.2 显微硬度与温度和载荷的关联

4.3 不同温度下剪切带形貌特征与敏感因子的关联

4.4 结论

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文