非晶态合金的自修复行为研究

非晶合金剪切带的自修复可以有效抑制剪切带的扩展，进而改善非晶合金的服役性能。研究非晶合金的自修复行为不但具有重要的科学意义，而且可以有力促进非晶合金的实际应用。本研究首先以块体非晶合金表面剪切带为研究对象，通过研究非晶合金表面剪切台阶高度的变化，明确修复条件对修复程度的影响；研究非晶合金自修复对其相关力学性能和物理化学性能的影响；采用纳米压痕等技术研究非晶合金修复前后"扩展型"剪切带的微观性能；研究修复过程中"扩展型"剪切带的成分变化，明确成分分布与修复条件间的相关性，并结合过冷液体牛顿流变理论和原子扩散理论解明块体非晶合金"扩展型"剪切带的修复过程，揭示其物理机制，为探索具有高修复能力的新型非晶合金提供理论与试验依据。

本课题按照项目计划书的研究内容和研究目标，开展了大量的研究工作，基本完成了计划书的研究目标。我们以Pd79Cu4Au2Si10P5块体非晶合金为研究对象，研究了试样剪切带修复程度与修复条件的关系，修复前后试样的宏观和微观性能变化，并对修复机理进行了探讨。研究表明，经过623K修复20min和40min后试样表面剪切带修复不明显；633K修复15min和30min都可使表面剪切带得到一定程度的修复。但是，上述修复条件都能使内部“扩展型”剪切带得到较好的修复。经过上述修复条件修复后，材料的弹性模量E、剪切模量G和体积模量K值都有所提高，泊松比ν减少；强度都有所增加，其中633 K修复15min的增幅最大，达到110MPa；塑性有所降低，但最低仍具有7%塑性变形量，这对于非晶合金的自修复具有重要的实际应用意义。633 K修复15min后，材料的玻璃转变温度Tg没有明显变化，但是晶化温度Tx由修复前的679 K减少到673 K。通过研究修复前后的Tafel极化行为和电化学阻抗谱发现，在3wt.% NaCl、1M/L HCl、1M/L H2SO4三种溶液中，经过633K修复15min后试样的耐腐性能都优于未修复前的，但都未达到原样的耐蚀性能。修复前主剪切带区域的维氏硬度和纳米硬度比其他区域的都小，修复后这两个区域的硬度值无明显差异，但与修复前相比都得到提高，略大于原始试样的。采用电子探针X射线显微分析仪研究表明，修复前后“扩展型”剪切带密集区的成分无明显差异，与原始试样的成分相当；并且修复前后非晶合金的组成成分沿剪切带分布都比较均匀。通过牛顿流体流动理论分析得到，表面剪切带的修复程度与修复温度和时间有关：修复温度越高，修复后剪切台阶的高度越小；在一定的修复温度下，修复时间越长修复后剪切台阶的高度越小。试样内部“扩展型”剪切带的修复机理主要与原子扩散有关，“扩展型”剪切带可通过剪切带内原子的扩散和未变形区原子向剪切带内的扩散被修复。