金屬玻璃剪下變形下微觀結構演化規律的研究

《金屬玻璃剪下變形下微觀結構演化規律的研究》是依託上海交通大學，由孔令體擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬玻璃剪下變形下微觀結構演化規律的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孔令體
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

製備條件、服役環境等能顯著影響金屬玻璃的變形行為，表明其力學行為與微觀結構密切相關。因此，認識金屬玻璃剪下變形下微觀結構的演化規律，對理解其力學行為、開發具實用價值的塑性金屬玻璃等具有重要意義。相關研究表明，洞悉此規律尚需從原子尺度進一步深入研究。為此，本申請項目擬以CuZrAl系統為對象，以模擬計算為主要手段，從原子尺度來進行探索。主要研究內容有：考察金屬玻璃的熱穩定性及其與微觀結構之間的關聯；考察剪下變形過程中平均原子能量、體積等微觀結構參量的分布與變化，甄別能夠準確標度形變程度的結構或物理參量；探索金屬玻璃勢能曲面特徵及其隨變形程度的變化，分析與熱激活事件相關聯的局域微觀結構特徵；考察溫度、應變速率等因素對金屬玻璃剪下變形行為和微觀結構的影響等。通過對比分析，探討金屬玻璃熱穩定性、變形行為等與微觀結構之間的內在聯繫，進而揭示微觀結構在剪下變形過程中的演化規律及與力學性能之間的關聯。

結題摘要

金屬玻璃（或非晶態合金）長程無序短程有序的結構特點賦予了其高斷裂強度、高彈性極限、耐腐蝕等優良性能，同時也帶來了塑性差的缺憾。晶體中位錯、孿生等促進塑性變形的因素，在金屬玻璃中不復存在，如何理解和認識金屬玻璃的變形機制，進而改善、提高其塑性變形能力，成為材料科學的研究熱點之一。本項目基於原子尺度的分子模擬及過渡態計算方法，以Cu-Zr合金體系為主要對象，考察了金屬玻璃中與塑性變形相關聯的熱激活事件的分布及其與微觀結構之間的關聯、熱激活能壘隨巨觀應變的變化、非晶變形機制與試樣尺寸之間的關係等內容，主要成果如下：一，建立了金屬玻璃剪下轉變事件的激活能與巨觀應變之間的關係模型，基於該模型可預測同一熱激活事件在不同巨觀變形下的激活能壘、激活體積及熱激活事件應力誘發時的臨界巨觀應變，進而可基於對金屬玻璃中熱激活事件激活能的計算，預測金屬玻璃巨觀塑性變形行為，深化了對金屬玻璃塑性變形機制的認識。二，通過對巨觀均勻、微觀不均一的金屬玻璃中剪下轉變事件所對應的剪下轉變區域微觀結構與能量（包括自由體積、拓撲結構、局域原子平均勢能）之間關係的剖析，鑑定出易於發生剪下轉變的區域的微觀結構特徵，深化了對金屬玻璃塑性變形過程的認識。三，通過探索應變速率、溫度等對金屬玻璃中剪下帶形成的影響，以及剪下帶中微觀結構隨變形過程的演化與基體結構演化之間的異同，發現了金屬玻璃中剪下帶形成的基本規律，深化了對金屬玻璃中剪下帶形成機制的認識。四，通過對不同尺寸非晶薄帶變形過程的研究，發現非晶合金的變形存在顯著的尺寸效應：強度與變形模式均與尺寸相關。表面的存在帶來的表面區域與體內區域結構與性能差異是產生尺寸效應的主因。此外，還對與非晶合金相關的固固界面、固液界面的微觀結構、界面性能行為等進行了研究，深入理解金屬玻璃的性能行為。研究成果深化了對金屬玻璃塑性變形機制的認識和理解，有助於探索提升金屬玻璃性能的新途徑。