【摘 要】
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金属玻璃的塑性变形行为一直是非晶领域的研究热点,目前针对该问题学者们已经从宏观到微纳观尺度关注了其摩擦学响应,在为数不多的金属玻璃相关AFM纳米划痕研究中,无论是通过溅射获得的金属玻璃薄膜,还是通过抛光获得的块体金属玻璃,虽然样品表面粗糙度仅1～2 nm,但对于AFM纳米划痕实验却是远远不够的。为了深化对金属玻璃在微观尺度下塑性变形机理的理解和认识,有必要开展原子级平整的金属玻璃在纳米尺度下的AF
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《块体金属玻璃在原子尺度的塑性变形机理研究》,其项目编号为51975492；
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金属玻璃的塑性变形行为一直是非晶领域的研究热点,目前针对该问题学者们已经从宏观到微纳观尺度关注了其摩擦学响应,在为数不多的金属玻璃相关AFM纳米划痕研究中,无论是通过溅射获得的金属玻璃薄膜,还是通过抛光获得的块体金属玻璃,虽然样品表面粗糙度仅1～2 nm,但对于AFM纳米划痕实验却是远远不够的。为了深化对金属玻璃在微观尺度下塑性变形机理的理解和认识,有必要开展原子级平整的金属玻璃在纳米尺度下的AFM划痕研究。为此,采用原子力显微镜纳米划痕技术,基于原子级平整的Pt基金属玻璃,研究了不同法向载荷对Pt基金属玻璃在原子尺度下单次划痕摩擦行为的影响,并在同样工况下开展Pt（111）的实验作为对比,讨论了金属玻璃与晶态合金之间摩擦学响应的异同;根据单次划痕的实验结果,深入研究了不同载荷和循环次数对Pt基金属玻璃磨损行为的影响,定量分析了在不同载荷下界面摩擦和犁沟摩擦对其摩擦磨损行为的贡献,采用深度预测模型修正了Pt基金属玻璃在划痕过程中的弹性模量变化,揭示了纳米尺度下金属玻璃的摩擦磨损机理。基于上述实验,本文的主要结论有:（1）原子级平整的表面使得Pt基金属玻璃的潜在变形阶段被首次观察到,并提出了原子剪切增稠模型来解释潜在变形阶段过程中金属玻璃内部结构的变化,这有助于从原子尺度上理解金属玻璃发生明显塑性流动前内部原子的运动过程。（2）原子级平整的Pt（111）在低载荷划痕后表面出现隆起的现象被首次观察到,这归因于剪切应力导致的结构非晶化,并最终形成高度为几埃米的隆起,这为实现铂材料的纳米摩擦诱导加工提供了新的思路。（3）Pt基金属玻璃同类金刚石AFM针尖往复对摩时的摩擦系数在常温常湿下处于约0.2～0.4,摩擦系数在给定载荷范围内,随着载荷的增加,呈先减小后增大的趋势;随循环次数的增加,始终呈降低趋势。在56 n N低载下,界面摩擦占主导,但随着法向载荷增大至345 n N,犁沟摩擦逐渐占主导。在相同载荷下,随循环次数的增加,犁沟摩擦占比逐渐降低,这是由于交变剪切应力下的加工硬化作用阻碍了犁沟效应。（4）在给定载荷下,Pt基金属玻璃的往复磨损深度在0.05 nm至1.49 nm间变化,实现了金属玻璃在原子尺度的材料去除。交变剪切应力导致的加工硬化增强了划痕区域的机械性能,使得金属玻璃的磨损程度随循环次数的增加而逐渐缓和。
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