《脈衝電流下塊體非晶合金均勻形變行為研究》是依託華中科技大學，由諶祺擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：脈衝電流下塊體非晶合金均勻形變行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：諶祺
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
室溫脆性和難以加工性制約了塊體非晶合金在工業領域中的套用，利用其在過冷液態區的超塑性形變是解決非晶材料塑性成型的有效途徑。非晶合金材料具有高電阻值（一般為150-300μΩcm）及低電阻溫度係數，可以引入脈衝電流實現對材料快速升溫/降溫， 迅速達到適宜加工的溫度同時避免晶化。本項目研究塊體非晶合金在脈衝電流加熱作用下的均勻形變行為及機理，弄清塊體非晶合金的微觀結構(短/ 中程有序疇和自由體積等)的演化過程及其對形變行為的影響，揭示在電-熱-力場多場耦合下影響塊體非晶合金超塑性變形機制的關鍵因素，為塊體非晶合金材料的電流加熱成形技術的發展以及在工業領域中的套用提供理論指導，同時也為塊體非晶材料用於複雜零件的精密成型提供可借鑑的技術路線。
結題摘要
塊體非晶合金的室溫脆性和難以加工性一直是阻礙其工業套用的主要問題，如何改善塊體非晶合金的室溫脆性，提高其塑性變形能力，一直是非晶合金研究領域的熱點問題。本項目首次發現了脈衝電流可以在塊體非晶合金中產生電塑性效應。在塊體非晶合金拉伸變形中通入脈衝電流，利用電流對材料的焦耳熱和電遷移作用，從而實現塊體非晶合金在低於玻璃轉變溫度以下發生均勻的塑性變形，這對於改善塊體非晶合金的低溫成形能力具有重要的科學意義和工業價值。所取得的主要成果有：（1）測量了Zr55Cu30Al10Ni5、Zr61Ti2Cu25Al12和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10三種Zr基塊體非晶合金從室溫到晶化溫度之間的電阻率-溫度曲線，建立了非晶合金結構弛豫、晶化及晶相轉變等過程與電阻率變化之間的對應關係；（2）搭建了一個電流參數可控，實時測量應力、應變及溫度變化的電塑性效應測試平台；（3）研究了在不同脈衝電流參數下Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金的拉伸變形行為，發現脈衝電流能促使試樣發生明顯的塑性伸長，非晶試樣能夠獲得15% ~ 20%的拉伸應變數，試樣的變形應力和應變數強烈地依賴於脈衝電流的電流密度、電流脈寬以及拉伸的應變速率。試樣在發生塑性變形時的最低溫度為280℃，這遠小於非晶合金的玻璃轉變點，溫度在試樣的變形行為上起到了主導作用，脈衝電流自身的電遷移效應會加速這個過程，促使塑性流變在較低的溫度下發生。（4）對變形後的試樣進行XRD、DSC和顯微硬度測試，發現試樣在發生塑性變形後仍保持完好的非晶態結構，玻璃轉變點Tg和晶化點Tx都發生了一定程度的降低，試樣靠近斷口的大變形區比相鄰的小變形區含有更多的自由體積。 （5）利用“剪下轉變區”（STZ）模型對非晶合金中存在的電塑性機理進行分析，結果認為脈衝電流的焦耳熱效應會激發大量的STZ產生，STZ作為塑性變形的基本流變單元，在外加應力的作用下，其內部的原子團簇沿外加應力的方向進行協同運動，而脈衝電流引入的高密度電子流會對非晶結構的原子團簇產生強烈的衝擊作用，同時非晶的不均勻結構導致的局域冷熱循環而產生的熱應力，會加速原子的運動，這些額外的作用力降低了STZ的變形抗力，使得非晶合金的塑性流變能夠在相對較低的溫度下發生。
