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《JMST》潘杰等工作: 年輕化金屬玻璃中出人意料的蠕變行為！

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-09-04  瀏覽次數(shù)：2717
金屬玻璃作為一類新型材料，因其獨特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而受到全世界的關注。與晶體材料不同，晶體材料以直接控制其微觀結(jié)構(gòu)來獲得所需的性能(例如，晶粒細化和固溶體)。而金屬玻璃具有無序的原子結(jié)構(gòu)，沒有可行的方法來操縱其微觀結(jié)構(gòu)以獲得所需的性能。在高溫環(huán)境和高精度設備中使用的結(jié)構(gòu)材料的蠕變性能至關重要。由于對位錯和晶界的金屬玻璃的蠕變行為實驗研究有限，并且由于難以直接表征變形誘導的微觀結(jié)構(gòu)演變，其潛在機制亟需闡明。金屬玻璃的結(jié)構(gòu)和性能之間的復雜關系尚未被完全理解，因此微觀結(jié)構(gòu)對蠕變的影響以及潛在的微觀過程仍是本領域的疑難雜癥。年輕化將金屬玻璃帶入更高的能量狀態(tài)，為探索其變形行為提供了一種新的方法。

基于此，中國科學院金屬研究所的潘杰研究員團隊通過退火和年輕化來調(diào)控金屬玻璃的能量狀態(tài)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，年輕化金屬玻璃的蠕變位移和穩(wěn)態(tài)蠕變速率明顯低于鑄態(tài)金屬玻璃。這一意想不到的現(xiàn)象與傳統(tǒng)觀念相矛盾，即越硬的材料表現(xiàn)出更好的抗蠕變性。進而，他們討論了這種意外蠕變行為的潛在機制。相關研究成果以“Unexpected creep behavior in a rejuvenated metallic glass”為題在Journal of Materials Science & Technology上發(fā)表。

研究人員采用納米壓痕和單軸壓縮的方法系統(tǒng)研究了Zr69.5Cu12Ni11Al7.5金屬玻璃在不同能態(tài)下的蠕變行為。實驗結(jié)果表明，年輕化金屬玻璃具有較低的應變率敏感系數(shù)和較大的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)體積，其變形能力增強。令人驚訝的是，在極高能量狀態(tài)下，年輕化金屬玻璃的蠕變位移和穩(wěn)態(tài)蠕變速率比鑄態(tài)金屬玻璃小，與弛豫態(tài)金屬玻璃相當。此外，單軸壓縮蠕變試驗也驗證了年輕化金屬玻璃的蠕變性能得到改善。年輕化金屬玻璃具有優(yōu)異的蠕變性能是由于蠕變過程中發(fā)生了應變硬化，導致蠕變后試樣的硬度、楊氏模量和密度增加，弛豫焓降低。相反，鑄態(tài)和退火金屬玻璃的蠕變過程中應變軟化占主導地位，伴隨著楊氏模量和密度的降低和弛豫焓的增加。以上研究結(jié)果表明年輕化可以有效地提高金屬玻璃的蠕變性能，同時避免結(jié)構(gòu)弛豫引起的脆性。研究結(jié)果為理解金屬玻璃的變形機制和年輕化行為提供了進一步的理論指導。




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