金属玻璃超精密加工及其剪切形变区的原子组态演化研究

金属玻璃作为非晶态合金，具有高反射比、低膨胀系数等优良的物理、力学性能，在航空航天领域具有重要的工程应用前景。项目拟利用磁控溅射镀膜、金刚石超精密车削、分子动力学（MD）仿真等技术研究金属玻璃的超精密加工及其剪切形变区的原子组态演化规律。首先，建立CuZr金属玻璃超精密切削的MD仿真模型，得到剪切区的温度、应力分布以及切削能量分布规律；然后，建立切削过程的连续介质力学基本方程并对其进行线性扰动分析，利用过程元神经网络模型研究切削绝热温升与该金属玻璃的玻璃化转变温度区之间的本征关系，从而确定金属玻璃是否具备在其玻璃转变温度区进行超塑性切削的可行性；同时，制备金属玻璃样品进行超精密切削试验，借助XRD衍射分析、SEM、AFM等手段分析金属玻璃成分配比的差异性对其超精密可加工性的影响机制。项目的顺利实施将对金属玻璃在航空航天等极端工况条件下的工程应用提供理论与实验指导。

非晶合金因具有优良的物理、力学性能而备受关注，但其宏观脆性与微观塑性之间本质关系还不清楚。在切削加工这种大应力，高应变速率工况下的形变机制更是一个空白领域。.本项目利用分子动力学仿真技术对非晶合金纳米切削过程中的形变机制及其原子组态演变规律进行了研究，与此同时还针对Vit1型金属玻璃开展了传统及超精密车削加工的物理实验研究。.针对Cu50Zr50二组元非晶合金进行了剪切形变与切削温升研究后发现，在纳米尺度下，可以认为非晶合金的形变过程属于塑性变形过程。另外其切削温升最高为800K，接近其玻璃转变温度。径向分布函数分析发现非晶合金纳米切削之后仍为非晶态，这与传统车削之后的实验结果吻合。.从势能与自由体积演变的角度分析Cu50Zr50非晶合金纳米切削剪切转变区中的原子运动状态。研究过程中选取切屑层与亚表层两个不同区域的原子团簇，其势能与自由体积的分析结果证明非晶合金在纳米切削过程中的形变过程就是一种玻璃转变过程，从理论上证实了本项目立项之初提出的科学假设，为非晶合金超塑性区内的纳米尺度加工提供了理论支持。.Vit1型非晶合金的车削实验结果虽未能达到预期的表面精度，但是上述仿真结果证实了通过采取辅助工艺措施，降低非晶合金的表层硬度是有可能实现非晶合金的超塑性精密加工的。