体非晶合金的剪切带演变及结构研究

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1、万方数据第27卷第4期深圳大学学报理T版VoL27N0．42010年10月JOtlRNALOFSHENZllENUNIVFRSITYSCIENCEANDENGINEERINGOct．2010文章编号：1000-2618(2010)04．0440．07【材料科学】块体非晶合金的剪切带演变与结构研究谢盛辉1，郑子越2，曾燮榕2，胡强1，符冬菊1(1．西北工业大学材料学院，西安710072；2．深圳大学材料学院，深圳市特种功能材料重点实验室。深圳518060)摘要：研究单轴准静态压缩时zr基块体非晶合金的剪切带特征，结合热膨胀

2、测试研究剪切引起的非晶合金结构变化．结果表明，初始剪切带彼此独立(占。<2％)，形核和初始扩展方向具有随机性，然后分又(占。>2％)和相互交割(占。≥6．49％)，次生剪切带逐渐与受力方向成450，剪切带的次生和扩展受切应力影响较大；变形初期(占。<3％)，剪切变形伴随新生自由体积，对应的驰豫过剩自由体积增多，过冷液相区最大黏度增大；塑性应变进一步增大，剪切带相互交割，对应的驰豫过剩自由体积和黏度急剧减少．关键词：特种合金；块体非晶合金；塑性应变；剪切带；驰豫过剩自由体积；纳米孔洞中图分类号：TG139文献标识码：A非晶

3、合金自1960年被首次发现以来llJ，一直是研究的热点．20世纪90年代采用多元合金化法，降低了非晶合金的临界冷却速度，实现了块体非晶合金的制备，使该类材料的工程应用成为可能旧J．非晶合金短程有序、长程无序的结构，使其具有高强度、高弹性极限、抗磨损性能良好等优异的力学性能口剖．但由于没有位错滑移、孪生等典型的变形机制，变形只能通过剪切带的形成和扩展来实现．室温下剪切带导致基体软化并加速扩展，很快形成裂纹，使块体非晶合金脆断，限制厂该类新型材料的工程应用15引．因此，剪切带的形成和扩展机理研究是改善块体非晶合金室温坦性的关

4、键．剪切带厚度非常小(一般为10一100nm)，单一研究比较困难¨0

5、．早期研究主要集中在剪切带的局域原子结构和宏观表现，无法从机理上认识[1卜14】．采用散射技术可间接研究严重冷变形的样品¨5l，但同时涵盖了未变形的玻璃基体信息．采用HRTEM可直接观察剪切带的结构和形貌¨0’16]，但研究对象尺寸有限，且剪切变形引起的局域结构变化能否使TEM图像的衬度发生改变尚无法确定．从断口可获得剪切带的分布和软化等信息¨川，却不能反映剪切带形成初期的结构信息．综上所述，进一步从各角度完善和研究剪切带的形成和扩展机理，是该领域研究

6、的关键．本实验研究了Zr63．弛Cu。。，：NiloAl。。Nb¨非晶合金在准静态压缩载荷下剪切带的形成和扩展规律，并首次结合热膨胀测试进一步分析剪切带与合金内部自由体积的关联．1实验以纯度大于99．9％的纯金属为原料，用高纯(99．999％)氩气保护，在非自耗电弧炉内熔炼zr63．78cul4，2Ni．oAlloNbl5母合金．先将高熔点铌与锆熔炼成中间合金，再与其余纯金属混合熔炼．为保证合金成分均匀，中间合金与母合金均翻转熔炼4次．将熔炼好的母合金采用高频感应重新加热，用0．OlMPa的压力吹人无氧铜模内，形成直径为

7、1．5mm的非晶合金棒．采用金相切割机将合金棒切成2～3mm长的压缩试样．采用特制的夹具夹持试样进行磨抛光，以保持两个端面平行，且与侧面垂直．采用BrukerD8型x射线衍射仪(XRD，18kW，CuK。，A=0．154178am)测试合金的相结构．采用NetzschDSC200F3型差热分析仪检测合金的热性能(加热速率为0．33K／s)。在Regr5500收稿日期：2010．03．09；修回日期：2010．06．20基金项目：深圳市科技汁划资助项}j(cB)(200903090012A)；深圳市特种功能材料蘑点实验窀开

8、放摹金资助项日("1"0907)作者简介：谢盛辉(1974．)，男(汉族)，湖南省娄底市人，西dtA-业大学博l：研究生．E—mail：shenghuixie@163．eom通讯作者：曾缝榕(1963．)，男(汉族)，深圳大学教授、博士生导师．E—mail：zen黟国％u．edu．en万方数据第4期谢盛辉，等：块体非晶合金的剪切带演变与结构研究Reger型万能材料实验机上进行准静态压缩实验，初始应变速率为1×10。8一，实验过程中样品两端加垫WC硬质合金块，用油润滑减少摩擦．将样品压到一定塑性应变时取下，以获得变形不同的

9、完整样品．采用HITACHIS-4700扫描电镜观察压缩后样品的表面形貌．采用热膨胀仪(NETZSCHDIL402C)测试样品铸态及压缩后的热膨胀性能，加热速率为0．083K／s，仪器测量精度为AL=1．25nm，测试压力为0．3N．2结果与讨论图l显示直径为1-5mm的铸态zr63．78Cul4．72NiloAl。