《超高強鈷硼基塊體非晶合金的原子結構特徵和增韌機理》是依託鄭州大學，由王劍鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超高強鈷硼基塊體非晶合金的原子結構特徵和增韌機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王劍鋒
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Co-B基塊體非晶合金是已知強度最高的塊體金屬材料，它們在微機電系統和精密加工領域具有套用潛力。目前，塊體非晶合金的脆性問題是限制其使用的主要因素。已有的研究表明，成分調整能改善此類合金自身剪下變形能力，起到增韌的作用，然而，其內在的增韌機理尚不清楚。本項目擬從原子尺度結構的角度闡述合金的增韌機理。在前期合金開發的基礎上，採用先進同步輻射X射線實驗和第一性原理分子動力學模擬相結合的方法解析三元Co-B-Ta非晶合金的原子結構特徵；詳細研究原子短程式（團簇類型）、中程式（團簇排列和連線方式）以及自由體積（含量和分布）等結構因素對於合金韌性的影響；建立“成分-原子結構-韌性”之間的內在聯繫，揭示合金成分調整增韌Co-B-Ta塊體非晶合金的機理。本項目的研究將有助於新型韌性超高強塊體非晶合金的設計和開發，促進非晶合金在工程結構材料領域的套用。
結題摘要
相比晶態合金，塊體非晶合金具有更高的硬度和強度，但是，脆性問題是限制其作為結構材料使用的瓶頸之一。本項目通過同步輻射X射線實驗和第一性原理分子動力學模擬研究了超高強Co-B-Ta塊體非晶合金的原子結構，建立了“成分-原子結構-韌性”的關係，揭示了合金的韌性化機理。研究表明，以B為中心原子的團簇具有高的穩定性，其中，配位數為9和10的<0 3 6 0>、<0 2 8 0>和<0 3 6 1>多面體含量最高，是合金中的主要短程式團簇。這些團簇相互表現出最近鄰非相關性，即相互排斥，分布較為疏鬆；同時，與以Co或Ta為中心的團簇（如<0 1 10 2>、<0 3 6 4>和<0 2 8 4>等）表現出一定的相關性，兩者間相連線形成中程式結構。在Co65-xB35Tax（at.%, x = 0, 5, 8, 11）合金中，Ta元素的少量添加（5 at.%），<0 3 6 0>、<0 2 8 0>和<0 3 6 1>團簇總含量變化不大，但是，它們之間的最近鄰相關性減小，在空間內分布更為疏鬆（自由體積增加），合金韌性提高；進一步提高Ta含量，則出現相反的變化趨勢。在Co92-xBxTa8（at.%, x = 30, 32.5, 35, 37.5）合金中，隨B含量的增加，<0 3 6 0>、<0 2 8 0>和<0 3 6 1>團簇總含量明顯增加，它們之間的最近鄰相關性顯著提高，在空間中的分布更為緻密（自由體積減少），因此，形成更為穩定的中程式結構，使得合金韌性下降。根據“成分-原子結構-韌性”的內在關係，製備出具有一定韌性的超高強Co61B32.5Ta6.5塊體非晶合金，其非晶形成臨界直徑達到2.0mm，壓縮強度為5100 MPa，塑性為2.8%，斷裂韌性達到7.74 MPa·m1/2。項目研究有助於更好地理解非晶合金的結構以及韌性塊體非晶合金的開發，並促進它們在工程領域的套用。
