Pd-Ni-P非晶合金的微观结构的高分辨电子显微分析研究

本项目选取室温压缩塑性变形量几乎为零的Pd-Ni-P非晶合金和通过Si掺杂后室温压缩塑性变形显著改善的Pd-Ni-P非晶合金为研究对象, 以研究非晶合金在纳米尺度上的显微结构，特别是短程有序和中程有序结构为目标，利用球差矫正镜的高空间分辨率，通过高分辨透射电子显微像、高分辨扫描透射环形暗场像以及其它微观结构分析手段结合必要的图像和结构模拟计算，从实验上直接揭示其短程有序和中程有序结构的组成形式。通过与Pd-Ni-P非晶合金宏观性能的比照，研究非晶合金短程/中程有序结构与宏观性能之间的联系，解释并验证现有塑性形变理论。本项目研究成果将为认识非晶合金微观结构并建立非晶合金微观结构与宏观性能提供直接的实验证据和理论基础，对认识非晶合金形成机制与性能提供有重要的参考价值，研究工作具有重要理论意义和学术价值。

本课题主要研究内容针对非晶合金的微观结构展开，课题的研究内容分四部分。首先是针对非晶合金的微观结构表征，对非晶合金领域中的基本科学问题——微观三维空间结构，采用高分辨图像模拟计算的方式，研究最新晶体三维结构表征方法在无序结构表征中的适应性问题。分析结构表明，当试样非常薄时完全可以将分析晶体三维结构的新方法用于表征无序材料的结构中，但是当样品厚度达到2nm时，该方法不在有效。其次，利用高分辨透射显微术，针对非晶合金中塑性变形载体——剪切带的微观结构进行了详细的结构表征，利用合理的制样方式避免了常规制样中对透射电镜样品的各种破坏因素，首次在实验中观察到在Pd40.5Ni40.5P19非晶合金的剪切带内存在二重结构，且二重结构各自具有不同的体积膨胀量。根据观察到的实验结果，提出了非晶合金两步塑性变形机制及其对应的微观结构变化，并提出了改善非晶合金室温塑性形变能力的可能方向。第三，在对剪切带的进一步观察中，我们首次利用高分辨透射显微术直接观察到稳定的纳米孔洞可以在剪切带中存在的实验事实，并观察到了纳米孔洞相互融合形成更大孔洞的实验结果，我们的实验结果与与其他研究组的分子动力学模拟结果一致。基于我们观察到的剪切带内部结构演化各个阶段的实验结果，提出了脆性非晶合金断裂机制中一种可能的结构演化过程。第四，针对非晶合金在不同温度场下的结构演化规律，特别是在跨越玻璃转变温度和晶化温度时的结构变化，进行了同步辐射实验，相应的实验结果和理论分析正在进一步整理完善中。