Zr基塊體非晶合金電塑性變形行為的研究.pdf

1、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應用的主要問題，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。近年來，脈沖電流作為一種新的技術手段被引入到塊體非晶合金的研究中，利用脈沖電流在非晶合金中顯著的熱效應，可以實現非晶合金的快速熱塑性成形，然而這種方法與非晶合金的傳統熱塑性成形相比，只是改變了加熱方式而已，并無法有效地避免非晶晶化的發生。大量的研究表明，脈沖電流在晶態金屬中存在提高材料塑

2、性的電塑性效應，塊體非晶合金中是否存在這種低溫電塑性效應，目前還沒有任何報道。在此背景下，本研究擬采用在塊體非晶合金拉伸變形中通入脈沖電流的方式，研究塊體非晶合金變形行為的變化，探索塊體非晶合金低溫電塑性的可能性。
　　電阻率是影響脈沖電流熱效應的重要物理量，電阻率的大小強烈依賴于材料的溫度與結構變化，因此，有必要對非晶合金的電阻率進行測量和研究。首先，測量了 Zr55Cu30Al10Ni5、Zr61Ti2Cu25Al12和Zr5

3、2.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10三種 Zr基塊體非晶合金在連續升溫過程中的電阻率的變化，發現通過電阻率-溫度曲線的斜率變化可以很好地表征出非晶合金在升溫過程中的結構弛豫、晶化及晶相轉變等過程，但非晶的玻璃轉變過程卻無法清晰地反映出來。非晶合金結構中存在的局域原子團會隨溫度的變化而發生的有序-無序轉變，這可以用來解釋不同結構轉變引起的電阻率變化。利用電阻率法定義的結構轉變特征溫度也要比DSC測量的低很多。
　　其次，研究

4、了在脈沖電流下Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金的拉伸變形行為，發現脈沖電流能促使試樣發生明顯的塑性伸長，不同的電流參數下，非晶試樣能夠獲得15％~20%的拉伸應變量，而且試樣的抗拉強度和拉伸應變量強烈地依賴于脈沖電流的電流密度、電流脈寬以及拉伸的應變速率。拉伸過程中的溫度測量顯示，試樣在發生塑性變形時的最低溫度為280℃，這遠小于非晶合金的玻璃轉變點。試樣的應力-應變曲線均表現出類似于高溫不均勻粘滯性流變的特征，說明溫度在試樣

5、的變形行為上起到了主導作用，而脈沖電流自身的電子效應會加速這個過程，促使塑性流變在較低的溫度下發生。
　　最后，對變形后的試樣進行 XRD、DSC和顯微硬度測試，發現試樣在發生塑性變形后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，沿試樣的軸線方向，隨著變形的減小，試樣的顯微硬度呈逐漸增大的趨勢。并結合“剪切轉變區”（STZ）模型，對非晶合金