Zr-基金属玻璃力学性能的纳米压痕研究

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块体金属玻璃优异的性能使其成为潜在的结构材料,但是有限的塑性制约着块体金属玻璃的应用。尽管与晶态物质相比,金属玻璃的变形的微观机制并没有清晰的建立起来,但是研究金属玻璃的机械性能仍然相当重要而且具有科学研究潜力。压力和温度是改变材料物质结构的两种手段,本文以Zr-基金属玻璃为研究对象,利用激光辐照和高温高压退火对其进行处理,改变其微观结构,再利用纳米压痕仪对其进行力学性能测试,对比处理前后金属玻璃的力学性能变化。利用不同循环加载模式对Zr-基块体金属玻璃进行了测试,结果发现在准静态循环加载模式下,样品所测量的硬度测量值具有很强的加载速率相关性,基本趋势都是随着加载次数的增多而减小,在加载速率较低的情况下,硬度值下降幅度较大,而在加载速率较大的情况下,硬度值下降幅度较小。在增量循环记载模式之下,样品所测量的硬度测量值具有较弱的加载速率相关性,无论加载速率高低,其测量的硬度值下降幅度相近。Zr-基金属玻璃经过激光处理之后样品组织发生变化,经过激光重熔之后的样品的硬度有所增高;样品在激光处理前后的锯齿流变行为(pop-in)行为都表现出了速率相关的特性,加载速率越低,pop-in行为越明显,激光处理之后的样品pop-in行为较为明显;激光处理前后Zr-基块体金属玻璃都表现出室温蠕变现象,且蠕变变形随保载时间的增加而增大。保载初始阶段,蠕变速率较大;随后进入稳态过程,蠕变变形随时间变化很小。X射线的实验结果表明,Zr-基块体金属玻璃在低于Tg下进行高压退火处理,增大压力有利于非晶晶化;高于Tg温度时进行高压处理会改变晶化相的种类和数量,而且增大压力,非晶的晶化行为受到抑制。纳米压痕的实验结果表明,在相同的温度下增大压力,样品的硬度值总体趋势增大,而且非晶试验的硬度高于晶化样品;非晶试样的弹性模量随压力增大而增大,而晶化后的弹性模量随压力增大而减小,晶化样品的弹性模量高于非晶样品。
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