块体非晶合金及其复合材料微观力学性能研究

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1、上海大学博=L学位沦文摘要块体非晶合金由于具有优异的力学性能在基础科学和实际应用领域越来越受到人们的关注。然而，块体非晶合金室温下缺乏显著的塑性变形从而限制了其在结构材料领域内的应用。因此，研究非晶合金的塑性变形机理和寻找提高塑性的途径是目前研究的热点问题。宏观性能测试过程中(比如压缩和弯曲实验)，尽管一些合金成分表现出较好的塑性变形能力，但更多合金体系的宏观塑性变形量接近于零，这对系统地研究非晶合金的塑性变形机理造成很大困难。本文利用深度敏感纳米压痕、深度敏感显微压痕等微尺度力学性能测试手段，并结合宏观压缩性能研究，系统地、跨尺度地研究了多种块体非晶合金体系的塑性变形行为。探讨了非晶

2、合金在塑性变形过程中的锯齿流变特征及其影响因素：深入研究了剪切带特征与变形行为的关系；通过研究结构弛豫和部分晶化对变形的影响，讨论了非晶基复合材料的微观变形特征：利用纳米压痕手段研究了几种具有低玻璃转变温度的非品合金的室温蠕变行为及其机制。主要实验结果和结论如下：1．通过铜模铸造方法制各出ce65A1loNiloCuloNb5，M965Cu25Gdl0’Pd43Nij0Cu27P20，Cu6DZr20HfioTi】oPt57sCul47Ni53P225，Ni60Nb37Sn3和Fe43Crl6Mol6C【5Blo七种体系的具有显著力学和热力学性能差异的块体非晶合金。2在Mg基、Pd基、

3、zr基和Cu基非晶合金的纳米压入过程中观测到明显的锯齿流变特征。在这几种合金体系中，锯齿流变行为受加载速率的影响：低加载速率促进锯齿流变而在高加载速率下抑制锯齿流变。Ni基、Fe基以及Ce基非晶合金在整个加载速率范围内都没有锯齿流变特征。3．非晶合金在纳米压入过程中的锯齿流变现象与合金体系的玻璃转变温度有关：具有适中玻璃转变温度的合金体系表现出显著的锯齿流变特征。4．通过深度敏感压痕方法并采用表面粘接技术研究了非晶台金压痕下方塑V性变形区的形貌。结果表明，压痕下方的剪切带的尺度和密度与合金体系以及加载速率紧密相关：高的加载速率通常导致高的剪切带密度：具有高密度和细小尺度剪切带特征的合金

4、体系在压入过程变形为连续的塑性变形。5．结构弛豫和原位形成及晶化形成的纳米晶削弱Nd基和zr基块体非晶合金的锯齿流变趋势。6．具有低玻璃转变温度的La基和Ce基非晶合金在室温表现出蠕变变形特征。根据蠕变曲线得到材料压痕的蠕变速率和蠕变速率敏感指数，其结果很好地符合了广义的Kelvin模型。关键词：块体非晶合金，剪切带，锯齿流变，纳米压痕，蠕变V上海火学博二L学位论文AbstractBulkmetallicglasses(BMGs)haveattractedagreatattentionoilfundamentalscienceandpracticalapplicationsduetot

5、heirpromisingmechanicalpropemies．However,intheareaofstructuralapplications，theyareoftenlimitedbythelackofanysignificantplasticdeformationatroomtemperature．ExtensiveeffoghavebeendevotedtothestudyoftheplasticdeformationmechanismandthetothefindingofnewmethodforimprovingtheductilityinBMGs．SomeBMGssh

6、owprominentductilityinconstrainedloadingmodes(e．g．，compressionorbending)，whilemoreBMGsystemsarequitebrittleshowingnearlyzeroplasticityduringmacroscopicmechanicalmeasurements．Thus，theunderstandingoftheplasticdeformationmechanismislimitedbylackofvaluableinformation．Inthisthesis，wesystematicallystu

7、diedtheplasticdeformationbehaviorinvariousBMGsystemsusingdepth-sensingnanoindentationandmicroindentationinmicroscopicscale，combinedwithuniaxialcompressioninmacroscopicscale．Theserratedflowfeatureatdifferentloadingconditionin