Pd基非晶合金动态弛豫机制和应力松弛行为

作为潜在的功能及结构材料,高熵非晶合金在凝聚态物理和力学领域引起广泛的研究兴趣.高熵非晶合金宏观力学性能与微观结构非均匀性之间的关联是当前重要的科学问题之一.本文选取非晶形成能力良好的Pd_42.5Cu₃₀Ni_7.5P₂₀非晶合金和Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀高熵非晶合金作为模型体系,借助于动态弛豫行为及应力松弛实验建立了温度和物理时效对非晶合金高温变形机制与微观结构非均匀性之间的关联.研究结果表明Pd基非晶合金表现出“肩膀峰”β弛豫形式.玻璃转变温度以下物理时效非晶合金体系原子移动性导致β弛豫肩膀峰往更高的温度迁移.在应力松弛过程中,由于高构型熵的引入降低吉布斯自由能,这是高熵非晶合金具有较高激活能的原因.高熵非晶合金更难被激活,需要突破更高的能量势垒.物理时效时间增加,高熵非晶合金流变单元更小,这也得益于多主元高熵非晶合金慢扩散效应.高熵非晶合金激活体积的改变在物理时效下应力松弛...     

不同力学激励形式探索La基非晶合金微观结构非均匀性

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸多因素综合,在不同力学激励下研究非晶合金微观结构非均匀性与变形机理.本研究以La₆₂Cu₁₂Ni₁₂Al₁₄非晶合金为模型体系,利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为.基于准点缺陷模型,对模型合金体系α弛豫和β弛豫进行了分离.借助于拉伸应变率跳实验,探索非晶合金高温流变行为.确定非晶合金塑性流变过程中弹性、滞弹性以及塑性变形的贡献.本研究从非晶合金动态力学弛豫行为和宏观塑性流变行为出发,尝试揭示微观非均匀性对非晶合金在不同激励形式中缺陷的激活、扩展和融合的物理本质.     

La基非晶合金β弛豫行为:退火和加载应变的影响

β弛豫行为是理解非晶合金扩散、塑性变形和玻璃转变行为的重要切入口.本研究以具有显著β弛豫行为的(La_0.6Ce_0.4)₆₅Al₁₀Co₂₅非晶合金为研究载体,利用动态力学分析仪,研究了加载频率、退火以及加载应变等因素对非晶合金β弛豫行为的影响.结果表明,随着加载频率的升高,非晶合金β弛豫峰向高温段移动.低于玻璃转变温度退火导致非晶合金β弛豫峰内耗值降低,非晶合金“缺陷”浓度降低,玻璃体系向更稳定状态迁移.随加载应变幅值增大,非晶合金β弛豫强度增大.本研究为进一步厘清非晶合金β弛豫起源提供新思路.     

聚合物介电弛豫的温度特性

运用极限的概率模型和Ngai的耦合概念,导出了聚合物介电弛豫的KohlrauschWilliamsWatts(KWW)方程(t)=exp[-(tτ)β],证明了弛豫的能量势垒为Ngai的活化能量E.由β的温度关系推出了适用于聚合物的WilliamsLandelFerry方程和过冷液体的VogelTammannFulcher方程,特别是提出了由聚合物的β(T)可导出弛豫时间的温度函数.认为KWW行为由单个衰减单元产生,幂律行为由局部区域内多个衰减单元的协同衰减造成.将活化能量E引入热刺激电流公式,得到了可通过改变升温速率测量β(T)的公式. 关键词： 介电弛豫 聚合物 极限概率模型 KWW方程     

退火时间对Fe80Si9B10Cu1非晶合金纳米尺度结构不均匀性和磁性能的影响

研究了经历不同时间退火后, Fe₈₀Si₉B₁₀Cu₁非晶合金结构弛豫过程中纳米尺度结构不均匀性的演变及其对合金磁性能的影响.基于小角X射线散射和原子力显微镜分析,随着弛豫的进行,合金的纳米尺度结构不均匀性逐渐衰减.结合穆斯堡尔谱分析结果,弛豫态合金综合软磁性能的提高可归因于纳米尺度结构不均匀性的减弱.从流变单元模型来看,随着弛豫程度的加深,流变单元的体积分数显著降低,部分流变单元湮灭并转化为理想弹性基体.一方面,弛豫态样品的原子结构排列更加紧密,磁交换相互作用更强,饱和磁感应强度也更高;另一方面,准位错偶极子的数量密度随着流变单元在弛豫过程中的湮灭而逐渐减小,磁畴壁的钉扎效应减弱,合金的磁各向异性下降,矫顽力降低.本文从结构不均匀性的角度研究了Fe₈₀Si₉B₁₀Cu₁非晶合金弛豫过程中磁性能变化的结构机制,有助于建立铁基非晶合金结构和磁性能之间的关联性.     

基于剪切模量和热分析数据研究Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0,2)非晶合金缺陷浓度演化

非晶合金具有独特物理和力学性能,如何建立非晶合金微观结构非均匀性与物理/力学性能之间的关联是非晶固体的重要研究课题之一.微合金化是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研究以玻璃形成能力优异的Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0, 2)非晶合金为模型合金,借助差示扫描量热仪和电磁声转换设备,研究非晶合金铸态、弛豫态和结晶态热流和剪切模量随温度的演化规律,以及物理时效(低于玻璃转变温度)过程剪切模量的变化随时间演化规律.基于自间隙原子理论,利用热流曲线表征非晶合金在相同热历史剪切模量热效应.通过分析铸态和弛豫态自间隙缺陷浓度和激活能谱,发现结构弛豫导致自间隙缺陷浓度减小,诱导剪切模量随温度演化偏离软化过程,并伴随体系放热.与此同时,研究发现添加微量Pd元素可抑制模型合金体系原子迁移,增加特征弛豫时间.本研究从非晶合金模量热效应角度进一步理解非晶合金微观结构非均匀性.     

C60分子在有序-无序和玻璃态相变间的取向概率与弛豫行为

用极限动力学模型研究了Ｃ₆₀分子在有序-无序相变和玻璃态相变温度区间取向 角为98°和38°的取向概率与温度的关系.计算结果在玻璃态相变点附近的85K,90K和有序- 无序相变点的260K分别与实验值相吻合,取向概率对实验值更精确的拟合及其对温度的二阶 导数预言玻璃态相变点在84K.导出了弛豫规律,其结果表明：双能级的Ｃ₆₀分子从非平衡态到平衡态的弛豫行为与非指数因子β有关,其总的弛豫时间决定于其中一个较 短的弛豫时间,展宽指数形式保持不变.讨论了KWW方程的非 关键词： 60')" href="#">Ｃ₆₀ 取向概率 非平衡态弛豫     

Cu60Zr30Ti10非晶合金弛豫和晶化过程的小角X射线散射研究

应用小角X射线散射技术研究了Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金从300到813 K之间微结构的演化情况.发现在淬火状态下Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金中存在直径30 nm左右的富Cu区.非晶的结构弛豫包括573 K之前的低温结构弛豫和573 K到玻璃转变温度的高温结构弛豫，弛豫的结果是产生含有有序原子团簇的富Cu区，这些有序原子团簇的富Cu区是随后晶化过程中晶核产生的基础.Porod曲线分析表明，晶化生成的纳米体心立方CuZr相和基体之间有明锐的界面. 关键词： 小角X射线散射 非晶合金 结构弛豫 晶化     

颗粒介质弹性的弛豫

颗粒介质是复杂的多体相互作用体系, 其弹性源自内部的力链结构, 弹性能量处在亚稳态, 具有复杂的弛豫行为. 在常规作用下, 颗粒介质往往呈现明显的弹性弛豫. 应力松弛是应变恒定时应力的衰减现象, 弹性弛豫是应力松弛的主要原因. 在前期工作基础上, 从弹性势能面和双颗粒温度热力学角度分析了弹性弛豫的机理, 量化了弹性应力演化不可逆过程; 基于双颗粒温度热力学计算得到了弹性能、颗粒温度和应力的演化, 其中应力松弛的计算结果与实验结果基本一致, 讨论了颗粒温度初值和输运系数的影响. 指出, 开展力链结构及其动力学研究是揭示宏观弹性弛豫机理的关键.     

准静态颗粒介质的弹性势能弛豫分析

颗粒体系是典型的多体相互作用体系, 具有多重的能量亚稳态. 对于准静态颗粒体系, 引入构型颗粒温度T_c描述弹性势能涨落. 本文认为平衡的体系具有一定的构型颗粒温度T_a, 其量值反映了其结构特征. 当外界扰动激发的构型颗粒温度超出T_a时, 产生不可逆过程. 通过对应力松弛过程的分析, 发现(T_c-T_a)激发了弹性弛豫, 且(T_c-T_a)越大则松弛过程中应力变化越大, 最终构型颗粒温度T_c→T_a时,宏观应力松弛结束,体系达到新的能量亚稳态.     

基于分数阶微分流变模型的非晶合金黏弹性行为及流变本构参数研究

近年来, 基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一. 本文根据非晶合金结构不均匀性的特征, 提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为. 通过室温纳米压痕实验, 对三种不同泊松比和玻璃化转变温度的非晶合金的黏弹性变形行为进行了研究. 实验结果表明: 在表观弹性区, 非晶合金的变形表现出与加载速率相关的线性黏弹性性质. 根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义, 分别由分数阶微分及整数阶Kelvin模型对实验结果进行了分析. 分析结果表明, 相对于整数阶流变模型, 分数阶微分流变模型能更精细地表征材料的黏弹性变形特征; 在流变模型参数中, 黏性系数η_A和分数阶次α反映出材料的流变特性和流动趋势, 流变参数与玻璃转变温度、泊松比之间具有较好的相关性, 上述相关性有助于从微观结构角度理解材料塑性与泊松比的关联.     

非晶合金中的低温电阻率极小行为研究

研究了非磁非晶合金Cu₆₀Zr₂₀Hf₁₀Ti₁₀和铁磁非晶合金Fe₆₁Co₇Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅的低温电阻，用不同的模型对电阻温度曲线进行拟合.对两个样品中出现的极小值行为进行分析，探讨了无序结构和磁性状态对极小值行为的影响. 关键词： 非晶合金 电阻 极小值     

块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5 结构弛豫的研究

应用同步辐射小角x射线散射和差示扫描量热分析对块体非晶合金Zr55₅₅Cu 30₃₀Al10₁₀Ni5₅结构弛豫进行了研究.实验结果表 明：经340℃、不同时间退火后的非晶内 部的电子密度涨落随退火时间的延长先增大而后减小；玻璃转变温度附近焓弛豫峰的表观激 活能则随退火时间的延长先减小而后增大.结果反映了随退火时间的延长，块体非晶合金内 部类液体区不断减少及类固体区不断增加的过程. 关键词： 小角x射线散射 块体非晶合金 结构弛豫     

小角X射线散射表征非晶合金纳米尺度结构非均匀

表征纳米尺度结构非均匀对于理解非晶合金的变形、弛豫等动力学行为至关重要.受时空尺度限制,非晶合金纳米尺度结构非均匀的实验表征具有很大的挑战性.本文针对一种典型的锆基非晶合金,开展了同步辐射小角X射线散射原位拉伸实验.通过对散射曲线的定量分析,揭示了非晶合金在纳米尺度的非均匀结构图像.首先,Porod散射曲线呈现正偏离行为,表明非晶合金属于非理想两相散射体系,两相界面弥散且任一相内都存在电子密度涨落.基于散射曲线的Guinier定律分析,进一步揭示非晶合金中散射体形状远偏离球形,其特征尺度主要分布在0.8—1.6 nm之间,且在弹性变形阶段几乎不变.最后,通过Debye相关函数分析,发现这些纳米尺度散射体仅在1 nm之内存在强关联,符合非晶合金短程有序、长程无序的结构特征.研究结果表明非晶合金中存在具有复杂空间分布的纳米尺度非均匀结构.     

用原位x射线小角散射研究块体非晶合金Zr55Cu30Al10 Ni5的结构弛豫

应用同步辐射x射线小角散射法在原位对块体非晶合金Zr₅₅Cu₃₀Al ₁₀Ni₅在等温退火过程中的微结构变化进行研究.实验表明：在等温退火过程中电子 密度涨落反映了晶化之前的结构弛豫过程；在一定的退火温度下、随退火时间的增加，拓扑短程序弛豫与化学短程序弛豫之间存在一个电子密度均匀化的过程；导致这两种弛豫过程转变的退火时间与退火温度有关，温度越高，所需的退火时间越短. 关键词： 原位x射线小角散射 块体非晶合金 等温退火 结构弛豫     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti₃Al合金拉伸过程中的晶化行为，模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理，局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并，最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象，非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度. 关键词： 非晶合金 变形晶化 分子动力学     

穆斯堡尔谱学研究非晶TM80M20合金的微观结构

在室温下和4.2K下测定了非晶Fe₈₀B_20-xM_x合金(M=P,C)的穆斯堡尔吸收谱。利用分布参数拟合程序得到了超精细内场H_i和同质异能移IS同类金属成份的变化关系。利用这些结果考察了非晶合金的微观结构,比较了两类结构模型:Bernal-Polk模型和微晶模型。对比非晶合金和它们的相应晶相的行为得知,这类非晶合金中不存在微晶近程序,Bernal-Polk模型对描述TM-M类非晶合金的微观结构优于微晶模型。 关键词：     

非晶态Fe13.3Ni69.6B16.2Si0.9的结构驰豫

本文讨论了非晶合金Fe_13.3Ni_69.6B_16.2Si_0.9的结构弛豫动力学及可逆弛豫过程,研究了各种热处理引起居里温度T_c的变化。发现经长时间退火后T_c趋于平衡值且动力学可通过弛豫时间连续谱加以描述。可逆弛豫过程可用CSRO来说明,并且某一物理量的可逆变化并不意味着整个结构的变化是可逆的。 关键词：     

压痕塑性变形诱导非晶合金的晶化

利用透射电镜研究了Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_12.5Ag₅非晶合金的Vickers压痕内微观结构的变化. 结果发现，压痕塑性变形诱导非晶合金发生了晶化，在压头棱角下面的区域内有尺寸大于1 μm的晶体析出. 选区电子衍射分析表明，该析出相是稳定的CuZr₂或NiZr₂四方晶体，而没有析出该非晶合金在加热过程中的初生相二十面体准晶相,说明非晶合金的机械稳定性与热稳定性是有区别的. 打压痕过程中的温度升高是可以忽略的，本工作进一步证实了塑性变形诱导非晶合金晶化的主要动力是粘性流动而非局部热效应. 关键词： 非晶合金 塑性变形 粘性流动 局部热效应     

Ti75Al25合金微观结构演变的分子动力学模拟

本文利用分子动力学模拟方法,研究了液态Ti₇₅Al₂₅合金在不同冷却条件下形成晶体及非晶的过程(Q1:1.0×10¹³K Ks^-1,Q2:1.0×10¹¹Ks^-1).利用平均原子体积、双体分布函数、键角分布函数、键对分析和Voronoi多面体方法研究了微观局域结构随温度的变化关系.研究发现:在Q1冷却过程中,液态Ti₇₅A1₂₅合金在1000 K发生玻璃化转变,形成非晶结构;而在Q2冷却过程中,液态Ti₇₅Al₂₅合金发生结晶,并最终形成hcp晶体结构.