《電鍍沉積對金屬玻璃的仿生韌化研究》是依託安徽工業大學，由王建國擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電鍍沉積對金屬玻璃的仿生韌化研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王建國
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在模仿生物材料中的結構設計，用小尺寸塊體金屬玻璃樣品搭建兩種仿生細觀構型，利用電鍍的方法將金屬沉積於金屬玻璃的構架中。在不降低單個金屬玻璃樣品強度的前提下，突破樣件的臨界尺寸限制，同時利用仿生結構的能量耗散機制提高大尺寸金屬玻璃樣件的韌性。通過改變金屬玻璃體系、樣品尺寸、表面粗糙度，沉鍍金屬種類和體積百分比等，考察這些參數對樣件力學性能的綜合影響，與未進行任何處理的鑄態塊體金屬玻璃的變形行為進行比較，弄清這種影響背後的物理機制。在此基礎上，選擇兩種韌性相差較大的金屬玻璃體系，採取完全相同的仿生細觀結構和電鍍沉積方案，在樣件發生了不同塑性變形量時卸載，利用掃描電鏡觀察剪下帶的萌生、發展和分布情況，對比研究本項目所採用的方法對不同體系金屬玻璃增韌的機制和效果差別，並在理論上分析得出金屬玻璃增韌的一般性指導原則。
結題摘要
金屬玻璃自被製備以來就一直受到其臨界尺寸較小和脆性的限制。臨界尺寸小主要是因為其有限的玻璃形成能力，而脆性則是本項目關心的重點。本項目的初衷在於利用電鍍沉積的方法模仿生物材料中的特殊結構，在不降低金屬玻璃強度前提下提高其韌性。在項目完成的過程中，成功地進行了單根和雙根金屬玻璃棒的電鍍。對電鍍後的單根金屬玻璃棒狀樣品進行了壓縮和拉伸試驗，實驗結果基本符合預期。 在此基礎上，本項目還探索了在過冷液相區製備層狀結構的金屬玻璃樣品，發現這種層狀結構對金屬玻璃韌性有所改善。我們主要採用了Zr52.5Al10Cu15Ni10Be12.5體系金屬玻璃，在其過冷液相區對其進行了熱擴散連結。結果發現，如果製備時壓力和時間取得足夠大，那么溫度就是一個非常重要的因素，它直接決定了熱擴散是否能進行良好。擴散連結後的樣件進行了三點彎測試，發現其韌性和鑄態樣品相比略有改善。經過本課題的研究，針對我們所採用的Zr52.5Al10Cu15Ni10Be12.5體系，得到了以下結論： 1. 當壓力採用100-150 MPa，時間採用10 min時，溫度須控制在420-440 攝氏度範圍內方可對Zr52.5Al10Cu15Ni10Be12.5 成功實施熱擴散連結，並且可以有效避免樣件晶化。2. 熱擴散連結後樣件的性能不僅取決於片層之間的結合力而且取決於片層內部原子的重排。3.溫度、壓力和時間共同決定了熱擴散連結是否能夠成功，這三個因素的最佳化能夠使樣件的性能達到最佳狀態。 另外，本項目還首次在研究了金屬玻璃棒狀樣品的屈曲。在相同的長徑比情況下，金屬玻璃樣品比晶態材料樣品更容易屈曲。當長徑比達到20時，屈曲更加明顯。 經過本課題的研究，我們發現金屬玻璃高強度的優點會被其屈曲掩蓋，此時的屈曲一般為彈性屈曲。當樣品發生塑性屈曲時，金屬玻璃的脆性在一定程度上被克服了，樣品的失效方式比較溫和，不會發生災難性脆斷。這種溫和的失效模式得益於屈曲時樣品橫斷面的特殊應力狀態，進而增強了金屬玻璃這一新型結構材料的可靠性。 最後，還研究了本領域內人們長期關心的焦點問題-剪下帶的溫度。由於剪下帶的空間非常局域、持續時間極短，因此對其的研究非常困難。先前人們根據斷面的熔滴推斷剪下帶的溫度。本課題解析地給出了剪下帶溫度隨空間距離和時間的演化過程，還進一步考慮了剪下帶的厚度。根據整個測試系統釋放的能量，可以方便計算出剪下帶的溫度。
