【摘 要】
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非晶合金的弛豫过程导致自由体积发生湮灭,原子堆垛结构发生致密化,进而导致其塑性和断裂韧性的急剧降低,即发生脆化。回春是弛豫的反过程,是增加非晶合金的自由体积,提升其能量状态的过程,同时也是改善非晶合金脆化问题的方法之一。然而,现有的回春方法仍存在诸多缺点,如渗透深度不足、破坏性和工艺繁琐等,难以适用于大规模工业生产。因此,本工作探索了一种新的简单、高效和非破坏性的焓弛豫回春方法,解决了非晶合金的脆
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非晶合金的弛豫过程导致自由体积发生湮灭,原子堆垛结构发生致密化,进而导致其塑性和断裂韧性的急剧降低,即发生脆化。回春是弛豫的反过程,是增加非晶合金的自由体积,提升其能量状态的过程,同时也是改善非晶合金脆化问题的方法之一。然而,现有的回春方法仍存在诸多缺点,如渗透深度不足、破坏性和工艺繁琐等,难以适用于大规模工业生产。因此,本工作探索了一种新的简单、高效和非破坏性的焓弛豫回春方法,解决了非晶合金的脆化问题。本工作系统研究了回春温度对回春态非晶合金的能量状态、力学性能和微观结构的影响,并揭示了焓弛豫回春的微观机制;建立了β值(Kohlraush-Williams-Watt方程中的Kohlraush指数)与非均匀性和焓弛豫回春能力之间的关联,进而揭示了焓弛豫回春可能的微观起源。本工作探索了一种新型无损伤、高效快速的焓弛豫回春方法来解决非晶合金的脆化问题,即将弛豫后的非晶合金快速加热到焓弛豫温度区间(高于其初始退火温度但低于玻璃化转变温度)进行短暂的加热,然后进行冰水淬火。处理后的非晶合金不但没有发生弛豫反而实现了回春。焓弛豫回春提升了弛豫态非晶合金的能量状态,使其逐渐向铸态的能态靠近。令人惊奇的是,回春处理后,非晶合金的塑性和断裂韧性,相比于弛豫态提高了3倍,并且均超过了铸态,实现了由脆向韧的转变,即实现了非晶合金的再韧化。此外,Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5、Zr65Cu17.5Ni10Al7.5和La65Cu10Ni5Co5Al25非晶合金经焓弛豫回春后均实现了能量的提升和软化,这表明焓弛豫回春方法具有普适性。利用同步辐射技术研究焓弛豫回春前后非晶合金的微观结构变化。结果表明,焓弛豫回春增加了非晶合金的平均原子体积(结构因子中第一个衍射峰的峰位减小),但同时增加了非晶合金中原子的有序化程度(结构因子中第一个衍射峰更加尖锐)。进一步分析表明,焓弛豫回春导致的能量和塑性的变化趋势与平均原子体积的变化趋势相一致,而与有序化程度的变化趋势相反。这表明平均原子体积的增加才是焓弛豫回春引起能量和塑性提升的重要原因。本工作建立了非晶合金的回春能力与扩展指数β之间的关联准则。通过对比八种成分的非晶合金的回春能力与β值,发现非晶合金的回春能力与β值成负相关,即β值越小,相应的回春能力越强。分析表明,β值与非晶合金中的结构非均匀性密切相关,结构非均匀性程度越大,β值越小,非晶合金弛豫时间的分布范围越宽,意味着非晶合金中弛豫时间较短的软区部分也更多。较多的软区部分是非晶合金具有高回春能力的重要原因。因此扩展指数β是评判非晶合金回春能力的一种高效且理想的表征参数。
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