壓痕法研究大塊非晶的壓力敏感特性姓名：張韜 學(xué)號：2010700740專業(yè)：材料科學(xué)與工程指導(dǎo)老師：喻更生教授

目錄研究背景13總結(jié)4采用維氏壓痕儀進(jìn)行壓痕測試致謝52采用吸鑄法制備非晶合金樣品

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研究背景

采用壓痕法研究了Zr基大塊非晶壓力敏感特性，發(fā)現(xiàn)Zr基大塊非晶硬度值在小載荷條件下顯著增加，當(dāng)載荷達(dá)到一定的程度之后，硬度值緩慢增加最后趨于定值。隨著退火溫度的增加而硬度值增加，呈現(xiàn)一樣的變化規(guī)律。DSC測試結(jié)果表明自由體積隨著退火溫度的增加而減少，由Mohr-Coulomb準(zhǔn)則可知，在正應(yīng)力的作用下自由體積的減少導(dǎo)致了顆粒之間的摩擦力顯著增加，所以隨著載荷的增加硬度增加。證實(shí)了非晶壓力敏感特性與載荷和自由體積密切相關(guān)。

2壓痕儀

3一丶采用吸鑄法制備非晶合金樣品

采用吸鑄法制備非晶合金樣品

Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(a)和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10(b)進(jìn)行真空等溫?zé)崽幚?523K和573K保溫12h，593K和633K保溫1h)。

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5二丶采用HWDV-7S維氏壓痕儀進(jìn)行壓痕測試，加載范圍從0.3Kg-20Kg，保載時(shí)間30s-90s，之后進(jìn)行卸載。結(jié)果取5-7個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值

圖1鑄態(tài)Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(a)和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10(b)非晶合金硬度隨保載時(shí)間變化曲線

如圖1所示。不同保載時(shí)間條件下變化規(guī)律非常一致，且硬度值不隨保載時(shí)間變化而變化，可以得知硬度值不隨保載時(shí)間的增加而變化

6圖2鑄態(tài)和不同退火態(tài)非晶合金硬度隨載荷變化曲線

從圖中可以看到，所有的硬度曲線都具有類似的規(guī)律：硬度值先隨著載荷的增加而迅速增加，當(dāng)加載到一定載荷后，硬度值隨著載荷的增加而緩慢增加，最后趨于一個(gè)定值，不再隨著載荷的增加而增加。

7圖3

5Kg載荷下，不同樣品的硬度值的變化規(guī)律可以看到，在高溫弛豫區(qū)以下，隨著弛豫程度的增加，非晶合金中自由體積逐漸減少，對應(yīng)于合金硬度的增加，且硬度增加的趨勢與弛豫焓的變化趨勢是相符合的。隨著退火溫度超過高溫弛豫區(qū)，b的硬度與其他弛豫后的樣品相比變化不大，而對于a來說633k已經(jīng)超過其Tg.

8圖4鑄態(tài)和不同退火態(tài)(a)和(b)非晶合金在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近局部放大的DSC結(jié)果

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我們發(fā)現(xiàn)，所有的樣品都有一個(gè)明顯的放熱峰，通常稱為“焓弛豫峰”。隨著退火溫度的升高，兩種非晶合金的焓弛豫峰是不斷降低的。

11圖5兩種鋯基非晶合金鑄態(tài)與不同溫度退火后的弛豫焓變化的關(guān)系可以看出，兩種鋯基非晶的焓變都是具有類似的規(guī)律，從鑄態(tài)到退火態(tài)焓變值較大，從523k到593k焓變值是逐漸減小的，從593k到633k焓變值又開始增大。

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11我們可以理解為鑄態(tài)的塊體非晶中含有大量的過剩自由體積，當(dāng)退火溫度處于大塊非晶的高溫結(jié)構(gòu)弛豫區(qū)時(shí)，凍結(jié)的原子很快被熱激活，原子重排速率較快，與之對應(yīng)的自由體積會迅速遷移和消失。隨著退火溫度的增加，原子的無序性逐漸降低，重排節(jié)奏逐漸減緩，材料內(nèi)部的自由體積數(shù)量逐漸減少[15]，但當(dāng)退火溫度超過高溫結(jié)構(gòu)弛豫區(qū)接近Tg時(shí)，焓變值又開始迅速增加，這可能與Tg附近材料復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。

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總結(jié)

1.材料的硬度不受保載時(shí)間的影響。對同一樣品，隨著載荷的增加，材料的硬度先是顯著增加，當(dāng)載荷達(dá)到一定的程度之后，硬度緩慢增加最后趨于定值，不隨載荷的增加而增加。

2.材料的硬度隨壓力敏感因子的增加而增加。壓力敏感因子的變化是由自由體積的變化引起的，壓力敏感因子的變化可以通過硬度的變化進(jìn)行表征

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致謝