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hslining木蟲 (正式寫手)
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金屬玻璃的宏觀塑性與其原子尺度結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系
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眾所周知，晶態(tài)金屬材料的宏觀力學(xué)性能依賴于其原子尺度的晶體結(jié)構(gòu)和微觀顯微組織。而對(duì)于非晶態(tài)金屬材料（如金屬玻璃）來說，其微觀顯微組織通常是單一、均勻的�！癆morphous”一詞便是無定形、無結(jié)構(gòu)的意思。對(duì)于金屬玻璃來說，其結(jié)構(gòu)特征主要體現(xiàn)在原子最近鄰排列的短程有序、原子團(tuán)簇排列的中程有序以及一部分“自由體積”。因此，金屬玻璃的性能本征上依賴于其原子尺度上的結(jié)構(gòu)變化。然而，盡管借助于衍射技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，人們對(duì)金屬玻璃原子尺度構(gòu)型的表征與描述仍然十分有限。這也為澄清與理解金屬玻璃的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系帶來困難與挑戰(zhàn)。 近年來，人們相繼發(fā)現(xiàn)金屬玻璃在某些特定的合金成分上可表現(xiàn)出較大的壓縮塑性變形能力。為此提出了各種解釋，包括高泊松比、形變誘導(dǎo)的剪切帶內(nèi)納米晶化、高含量自由體積、微觀結(jié)構(gòu)的非均勻性以及相分離等。由于缺乏對(duì)金屬玻璃中原子尺度結(jié)構(gòu)與其宏觀性能之間關(guān)系的了解，尚未建立起預(yù)測(cè)大塑性金屬玻璃合金成分的有效方法。最近，我們與美國約翰霍普金斯大學(xué)馬恩教授研究組合作的一項(xiàng)研究，在理解金屬玻璃的宏觀塑性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間關(guān)系，以及如何在給定的合金體系內(nèi)預(yù)測(cè)具有良好塑性的金屬玻璃成分方面取得了新的進(jìn)展。 對(duì)Zr–Cu–Al金屬玻璃結(jié)構(gòu)與形變的計(jì)算模擬表明，此類金屬玻璃中的原子排列可大致上劃分為完整二十面體和不規(guī)則多面體兩類團(tuán)簇，兩類多面體的相對(duì)含量決定了原子團(tuán)簇發(fā)生剪切轉(zhuǎn)變的難易程度，表現(xiàn)出不同的塑性形變能力。完整二十面體含量高的合金，不易發(fā)生剪切轉(zhuǎn)變，強(qiáng)度相對(duì)較高，但塑性形變能力相對(duì)較差。而在高Zr含量的合金中，完整二十面體中的原子數(shù)占總原子數(shù)的相對(duì)量明顯下降。由此推斷，良好塑性的合金應(yīng)處于Zr含量較高，而Cu和Al含量相對(duì)較低的成分處。這一推斷在Zr–Cu–Al三元塊體金屬玻璃的壓縮實(shí)驗(yàn)上的到了印證。進(jìn)一步以此推斷為依據(jù)，通過對(duì)結(jié)構(gòu)和成分上的設(shè)計(jì)，在Hf–Ni–Al三元合金系中的發(fā)現(xiàn)了具有良好塑性變形能力的塊體金屬玻璃：Hf62Ni25Al13（H2）合金（壓縮塑性應(yīng)變?yōu)?~10％）。研究還表明，具有良好塑性的塊體金屬玻璃表現(xiàn)出較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和剪切模量以及較高的泊松比。這些參數(shù)間接地反映出合金成分變化后金屬玻璃結(jié)構(gòu)組態(tài)上的差異，可用于作為發(fā)現(xiàn)具有良好塑性金屬玻璃的指導(dǎo)依據(jù)。上述工作已在《Acta Materiala》上在線發(fā)表，見L. Zhang, Y.Q. Cheng, A.J. Cao, J. Xu, E. Ma, Bulk metallic glasses with large plasticity: composition design from the structural perspective, Acta Mater. in press (online)。 Hf–Ni–Al金屬玻璃的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。顯示出強(qiáng)度與塑性具有明顯的成分依賴性。由于其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的不同，H2合金的塑性變形能力明顯優(yōu)于H1合金。 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=207501 [ Last edited by hslining on 2009-9-10 at 15:14 ] |
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 金屬玻璃宏觀力學(xué)行為 |
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