非晶合金玻璃形成能力和纳米压痕蠕变行为的研究

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非晶合金因为其独特而优异的力学、物理和化学性能一直被人们广泛关注。非晶合金材料在国防、航空航天、体育和电力等领域都有广阔的应用前景,非晶合金的玻璃转变和纳米压痕蠕变行为都是比较热门的研究方向。虽然人们已经成功制备出了众多的非晶合金系,并且其中一部分合金已经得到了实际应用,但是非晶合金的较低玻璃形成能力(Glass forming ability, GFA),对非晶合金室温下的流变行为研究还不够全面等缺陷极大地限制了非晶合金的应用。研究非晶合金材料的玻璃形成能力GFA和它的纳米压痕蠕变行为对更好地探索非晶的性能,提高非晶的应用前景都具有重要意义。本文文主要工作和结果总结如下:1、简单介绍了非晶合金材料的研究历史、性能和应用前景和非晶合金的形成机理与压痕蠕变行为。基于文献总结了其他学者研究非晶材料的GFA的方法,如今被广泛采用的评估非晶材料的GFA的参数是临界冷却速率Rc和最大直径Dmax。其中用Rc评估非晶合金材料的GFA比较准确,但是目前测量Rc的步骤繁琐,对仪器要求较高;而用最大直径Dmax来评估非晶合金材料的GFA比较简单,但是测量最大直径Dmax时,受工艺的影响偏差比较大。因此目前主要通过含有非晶合金材料的玻璃转变温度(Tg)、晶化开始温度(Tx)、液相线温度(7l)的判据来判断临界冷却速率Rc和最大直径Dmax的大小,然后通过Rc和Dmax来反映非晶合金材料的GFA。2、通过分析不同判据△Tx、Trg、γ、△Trg、α、β1、δ、γm,、φ、ξ、β2、ω1、ω3、θ、ω2、γc、β’、ω4、Gp ,然后基于热力学和动力学的方法得到新判据χ,分析各判据与临界冷却速率Rc的相关性得出:新判据χ与Rc的相关性最强,能更好的判断Rc的大小,从而能更好的反映非晶材料的GFA。3、通过分析判据与临界冷却速率Rc和最大直径Dmax。相关性的不同,得出判据在判断临界冷却速率Rc和最大直径Dmax。的准确性上存在差异,本文通过形核速率和热稳定性分析得到了一个能更好地判断最大直径Dmax大小的新判据χ。基于统计数据分析结果发现,判据χ’与最大直径Dmax的相关性最强,能更好的判断最大直径Dmax的大小,从而反映非晶合金的玻璃形成能力GF4。4、基于分数阶Maxwell、kevin和Zener模型,推导得到各模型在保载阶段的蠕变位移和时间关系式,并通过这些关系来分析在不同加载速率下非晶材料的纳米压痕蠕变行为。我们得到在相同最大载荷下,加载速率的增加会导致分数阶阶次α和流动单元作用因子ρ均增大,非晶材料表现出更强的粘性特征。
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