Zr基塊體非晶合金室溫塑性變形與摩擦磨損行為研究.pdf

1、作為新型材料的非晶合金由于獨特的原子結(jié)構(gòu)，被賦予了諸多不同于傳統(tǒng)金屬材料的優(yōu)異性能。本文通過室溫壓縮和摩擦磨損兩方面實驗對Zr-Cu-Ni-Al-Ti塊體非晶的力學(xué)行為展開了研究?？偨Y(jié)分析文獻(xiàn)中報道的不同體系塊體非晶合金的彈性模量常數(shù)與室溫壓縮延展性數(shù)據(jù)，探索并建立兩者之間的聯(lián)系，并添加關(guān)鍵實驗對其考證。對比去除表面軟化層(鑄造過程中冷卻速率差異誘發(fā))前后塊體非晶的室溫壓縮性能，討論表面軟化層對塊體非晶宏觀力學(xué)行為的影響。從影響材料摩擦

2、性能的內(nèi)因(晶化度)和外因(載荷)出發(fā)，討論在干摩擦條件下塊體非晶合金的摩擦磨損行為及相關(guān)機(jī)理。借助聚焦離子束和透射電鏡等先進(jìn)材料微觀結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，深入研究和分析摩擦氣氛與摩擦對偶對塊體非晶合金摩擦磨損行為的影響。主要結(jié)論如下：
　　 (1)塊體非晶合金的力學(xué)性能與彈性模量之間存在本質(zhì)聯(lián)系。通過采用Pugh的一個理論參數(shù)，B/G，體積模量與剪切模量的比值，研究了其與室溫壓縮塑性的對應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其比泊松比具有更好的關(guān)聯(lián)性。在Fe基

3、和Zr基塊體非晶中該參數(shù)均具有很好的預(yù)測性。此外，發(fā)現(xiàn)在該理論參數(shù)中，對非晶塑性起主要作用的還是剪切模量，因為該參數(shù)與原子的集群式運動相關(guān)。剪切模量越小，原子團(tuán)越容易進(jìn)行運動，因而變形能力增加。
　　 (2)室溫壓縮時，除去表面軟化層的試樣由于均勻的組織結(jié)構(gòu)，表面萌生大量致密、均勻分布的剪切帶，表現(xiàn)出較好塑性并呈現(xiàn)相對平滑的斷面；而未除去軟化層的試樣僅萌生少量剪切帶，剪切帶快速擴(kuò)展形成裂紋，導(dǎo)致災(zāi)難性斷裂，表現(xiàn)出斷面形貌的多樣性

4、。除去軟化層的試樣變形后自由體積數(shù)增加，壓縮過程中發(fā)生應(yīng)變軟化。
　　 (3)塊體非晶摩擦是結(jié)晶硬化與應(yīng)變軟化相互競爭的過程。隨著載荷的增加，非晶的磨損量增大，摩擦系數(shù)減小，磨損機(jī)理由磨粒磨損向粘著磨損轉(zhuǎn)變。塊體非晶的硬度隨晶化度增加而增大，其耐磨性同時取決于硬度和韌性。當(dāng)晶化度為34％時，非晶試樣具有最佳綜合力學(xué)性能，耐磨性最好。隨晶化度增加，主要磨損機(jī)理自粘著磨損向磨粒磨損轉(zhuǎn)變。
　　 (4)塊體非晶的磨損速率隨環(huán)境

5、中氧含量增加而顯著增大。有氧環(huán)境中，非晶表層由于摩擦升溫發(fā)生氧化，硬度與脆性均發(fā)生變化，表面微凸體(asperities)受剪切應(yīng)力作用被剝落形成磨粒，摩損面呈現(xiàn)大量裂紋、蝕坑，屬于磨粒磨損；氬氣中，非晶摩擦表面塑性流變，與對偶表層機(jī)械混合作用，非晶納米晶化，形成表面復(fù)合覆蓋層。利用Archard模型計算磨損系數(shù)K說明主要磨損機(jī)理為輕微滑動磨損。
　　 (5)換鋼作摩擦對偶時，塊體非晶試樣的摩擦系數(shù)與磨損速率均顯著增大。由于鋼的