具有不同室温压缩塑性的非晶合金中剪切带微观结构和扩展规律的研究

The mechanism of plastic deformation and influencing factors are fundamental questions in the field of metallic glasses. In this project, we will focus on four different type (Pd-based, Zr-based, Ti-based and Fe-based) metallic glasses with different plasticity, and investigate the microstructure, composition distribution, structure evolution of single shear band for those metallic glasses at different plastic deformation stage. Combining their physical properties, such as thermal diffusion coefficience and Young’s modulus, we will try to build a quantitative model to describe the dynamics of a single shear band movement and related problems. Then we will explore the formation and movement of multiple shear bands, and try to understand the physical origin of the heritage of mechanical properties in metallic glasses. At the end of this project, we will obtain direct evidences of structure evolution of shear bands for those metallic glasses with different plasticity, reveal the physical origin of materials-dependent plasticity, and provide suggestions for enhancing the plasticity in metallic glasses, which will accelerate tuning the mechanical properties of metallic glasses and their further applications as advanced engineering materials.

塑性形变机制及其影响因素是非晶合金领域中的重要基础科学问题之一。本项目以具有不同室温压缩塑性的Pd基、Zr基、Ti基和Fe基非晶合金为研究对象，表征其中单根剪切带的微观结构、成分分布、以及各个扩展阶段中的结构特点，认识其中剪切带内部微观结构和演化规律的异同。结合材料的基本物理特性，建模并定量分析单根剪切带的扩展动力学及其影响因素。其次考察这几种非晶合金中多重剪切带的形核和扩展方式，结合有限元模拟，研究影响剪切带行为的材料依赖因素和加载环境因素，分析非晶合金微观结构和塑性形变机制之间的联系，揭示非晶合金中力学性能遗传特性的物理起源。本项目的研究有望获得微观尺度下不同非晶合金中剪切带形成和扩展中结构变化的直接实验证据，进一步完善非晶合金塑性变形机制，揭示剪切带形核和扩展规律的材料依赖因素，为改善非晶合金的塑性形变能力提供理论指导，加速非晶合金室温塑性性能调节的实验研究和工程应用。

非晶合金是由于其优异的力学性能，一度被认为是一类先进的金属结构材料。然而由于缺少必要的塑性变形单元，非晶合金的塑性变形能力通常较差，仅有少量已开发的非晶合金表现出一定的塑性变形能力。不同体系的非晶合金往往呈现出唯像的力学性能遗传特性。本项目针对这一问题展开研究，制备了一系列具有不用室温压缩塑性的非晶合金，通过对其剪切带启动所导致的锯齿流变规律的研究和统计分析，获取了非晶合金力学性能遗传特性的基本规律。基于自由体积模型，构建了材料宏观力学性能和基本物理参数之间的关联，并讨论了非晶合金宏观力学性能对局部非均匀结构异常敏感的特性。本项目研究后期尝试建立非晶合金三维结构，并取得了初步进展。后期工作的进一步开展，有望从原子排布的角度揭开非晶合金力学性能遗传特性的结构起源。