高流變成型法對(duì)鋯基BMGs的增塑及其伴隨作用.pdf

1、金屬玻璃擁有優(yōu)異的力學(xué)與物理性能，但其廣泛應(yīng)用一直受制于其低的室溫塑性和差的成型能力。為改變這一現(xiàn)狀，本課題組基于Johnson發(fā)明的脈沖電流快速熱塑性成型法創(chuàng)新并發(fā)展出高流變成型方法（HRRF）。前期研究表明，HRRF法可顯著強(qiáng)化Zr48Cu36Al8Ag8塊體金屬玻璃(BMG)微觀結(jié)構(gòu)不均勻性，大幅提高其壓縮塑性。然而，關(guān)于該法顯著增加Zr基BMGs壓縮塑性作用規(guī)律的普遍性及其機(jī)理仍不清楚，同時(shí)，HRRF法對(duì)該類金屬玻璃的β弛豫、熱

2、穩(wěn)定性、內(nèi)耗與弛豫行為的作用與規(guī)律也缺乏研究。
　　本文以Zr48Cu30Al8Ag8Pd6、Zr45(Cu5/6Ag1/6)48Al7和Zr48Cu36Al8Ag8成分BMGs為研究對(duì)象，首先通過(guò)對(duì)金屬玻璃HRRF前后樣品進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，并以SEM觀察其表面剪切帶和斷口形貌，以探索HRRF法對(duì)Zr基BMGs增塑作用、規(guī)律及其機(jī)理。再運(yùn)用差示掃描量熱法(DSC)，電阻和內(nèi)耗技術(shù)研究HRRF法對(duì)該類金屬玻璃β弛豫、熱穩(wěn)定性、內(nèi)耗與弛豫

3、行為等的作用與規(guī)律，以期揭示HRRF方法的增塑作用機(jī)理及其相關(guān)伴隨現(xiàn)象，從而為克服BMGs脆性特征，拓展BMGs工程應(yīng)用范圍提供科學(xué)與技術(shù)依據(jù)。主要成果與結(jié)論如下:
　　1.Zr48Cu30Al8Ag8Pd6和Zr45(Cu5/6Ag1/6)48Al7玻璃HRRF前后樣品壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明，HRRF后樣品壓縮塑性顯著提高，且曲線均呈現(xiàn)更明顯鋸齒波形，反映了HRRF法對(duì)Zr基BMGs增塑效果及引起流變行為的改變。壓縮樣品SEM照

4、片揭示，HRRF后樣品表面剪切帶數(shù)量明顯增多，并伴隨明顯的交割、分叉的特征，同時(shí)其斷口處剪切脈狀花紋致密并出現(xiàn)數(shù)量眾多的液滴狀顆粒，表明了HRRF法對(duì)剪切帶形成與演化行為及微觀結(jié)構(gòu)不均勻性的改變作用。DSC結(jié)果顯示，HRRF法顯著增大樣品的放熱峰面積，表明該方法增多該類BMGs內(nèi)部自由體積數(shù)量。這些結(jié)果從塑性流變行為及微觀機(jī)制上揭示了該方法增塑的作用本質(zhì)。
　　2.結(jié)合DSC手段，首次以電阻法探索了HRRF法對(duì)Zr48Cu36Al

5、8Ag8金屬玻璃β弛豫及熱穩(wěn)定性作用規(guī)律。升溫速率10K/min驗(yàn)證表明，電阻法所標(biāo)定樣品的β弛豫開始溫度Tβ、一次品化開始溫度Tx-onset及其區(qū)間等特征參數(shù)均與DSC結(jié)果相吻合。這證明，電阻法探索β弛豫及熱穩(wěn)定性的有效性。為獲得更詳細(xì)信息，進(jìn)一步以升溫速率1K/min測(cè)試了約化電阻率曲線，結(jié)果表明，HRRF后樣品Tβ大幅提前，且β弛豫所致電阻率變化值Δρrel顯著增加，表明該方法顯著增強(qiáng)該金屬玻璃β弛豫強(qiáng)度。HRRF后Tx-ons

6、et滯后且晶化溫度區(qū)間ΔTx變寬，反映該方法提高了該金屬玻璃的熱穩(wěn)定性，這一結(jié)論得到不同溫度淬火樣品X衍射結(jié)果證實(shí)。
　　3.Zr48Cu36Al8Ag8金屬玻璃HRRF前后樣品內(nèi)耗溫度譜揭示，隨著溫度的升高，HRRF前后樣品的內(nèi)耗均依次表現(xiàn)為線性緩慢增加、較快速非線性增加、急速上升和出現(xiàn)內(nèi)耗峰的不同變化階段;內(nèi)耗頻率譜上內(nèi)耗則依次表現(xiàn)為線性增大、先迅速減小后緩慢增加、先迅速下降后緩慢下降和出現(xiàn)內(nèi)耗峰。對(duì)比HRRF前后樣品的溫度譜