應變玻璃窄滯後超彈性性能的相場模擬與實驗研究

《應變玻璃窄滯後超彈性性能的相場模擬與實驗研究》是依託西安交通大學，由王棟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：應變玻璃窄滯後超彈性性能的相場模擬與實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王棟
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

應變玻璃態是在形狀記憶合金中發現的一種新的局部晶格應變被凍結的無序態[PRL 95, 205702(2005)]，並且表現出不同於正常馬氏體的功能特性特性，如納米疇結構、頻率彌散特性、窄滯後等，這些特性表明應變玻璃轉變在基礎研究和新材料開發上的巨大潛力。如何通過應變玻璃的功能特性來開發窄滯後超彈性合金，即如何通過引入廣義缺陷來控制形狀記憶合金中的應變玻璃轉變行為，並通過應變玻璃轉變的功能特性來開發和設計大應變、窄滯後、寬溫域超彈性性能的形狀記憶合金在基礎和套用研究方面都有重要價值。應變玻璃轉變微觀物理模型的建立以及相場動力學模擬的方法的完善[PRL 105,205702(2012)]為解決上述問題提供了可能。因此，本項目擬在已有的研究基礎上，通過理論與實驗相結合的方法，研究廣義缺陷在應變玻璃轉變中的作用，建立缺陷，應變玻璃和窄滯後超彈性性能的相場模型，指導實驗開發和設計窄滯後超彈性材料。

結題摘要

應變玻璃態是一種納米級馬氏體疇被凍結的無序態，這種納米級馬氏體疇可能蘊含著不同於巨觀馬氏體疇的特性，使得應變玻璃轉變在基礎研究和新材料開發上的巨大潛力。然而關於廣義缺陷誘發的應變玻璃轉變的物理本質的研究還不完善，這限制了設計和開發高性能應變玻璃合金。為此，本項目在已有的研究基礎上，通過理論與實驗相結合的方法，研究廣義缺陷在應變玻璃轉變中的作用並建立完整的應變玻璃轉變機制；揭示應變玻璃合金的奇異力學性能並揭示其物理機制。得出以下結論： (1) 通過引入缺陷強度因子（缺陷畸變/相變應變），解釋了不同缺陷摻雜產生應變玻璃轉變所需缺陷濃度不同的原因，發現了摻雜所產生的畸變強度的大小是應變玻璃轉變的本質，畸變強度相對於馬氏體相變應變的大小是決定材料是否產生應變玻璃轉變的條件，建立了缺陷強度相變相圖，解釋了NiTi合金中R納米疇出現的原因。 (2) 通過實驗結合相場動力學模擬，發現了應變玻璃材料窄滯後、寬溫域、超彈性力學行為以及不變模量行為。進一步的分析顯示窄滯後超彈性的物理本質是：局部應力場彌散分布造成的連續馬氏體納米疇的形核與長大；不變模量來源於應變玻璃態下高密度的馬氏體/奧氏體界面。 本項目發表SCI國際期刊論文10篇，包括Acta Materialia 3篇、Scientific Reports 2篇、Physical Review B 2篇、Physical Review Letters 1 篇、Journal of Alloys and Compounds 1 篇、 Applied Physics Letters 1篇。項目組成員參加國內外學術會議4次並做報告。 本項目的研究結果建立了缺陷強度vs.應變玻璃轉變的模型，並揭示了應變玻璃材料高性能化的物理本質，為開發新型高性能應變玻璃材料提供了依據。