准静态压缩对金属玻璃弹性行为的影响

Metallic glasses have a thermodynamic metastable structure and loose atomic configuration compared to crystalline alloys, which leads to relatively low density and elastic moduli. Their elastic behavior is very sensitive to external pressure. Excellent elasticity is a main advantage of metallic glasses for application. However, there is only a small amount of research on the elastic properties inducing by structure evolution. Regarding the importance of elasticity, the project mainly studies the change and relationship of elastic behavior and microstructure of metallic glasses under quasi-static compression. Quasi-static compression can reconstruct the "free volume" and modulate the microstructure for the metallic glasses, which will inevitably lead to the change of elastic behavior of metallic glasses. The induced structure evolution can also be reflected by elastic moduli, yield strength, and elastic strain limit. At the same time, the change of elasticity can indicate the structural essence of metallic glasses. The project traces the structure evolution by elastic behavior change for metallic glasses, which has far-reaching significance for practical application and exploration of performance.

金属玻璃处于热力学亚稳态结构，相对于晶态合金有更松散的原子结构，有比较低的密度和弹性模量，其弹性行为对外部压力极其敏感。但是目前对结构演化导致的弹性性能改变研究很少，而弹性行为又是金属玻璃的主要优势性能所在，以此为出发点本项目主要研究金属玻璃在准静态压缩后弹性行为的改变及其与微观结构演化的关联。压缩可以重构金属玻璃的自由体积分布，调制材料的内部微结构，这些可以通过弹性模量、屈服强度、弹性极限等弹性参数来反应。而弹性性能的改变同样可以反映金属玻璃结构的基本特征。本项目以准静态压缩为手段驱动金属玻璃微观结构调整，由此引发弹性性能的变化，这将弹性行为与结构演化联系起来，对金属玻璃结构性能的探索和实际应用都具有深远意义。

金属玻璃具有不同于传统晶态合金的无序原子结构，因而具有极高的强度、弹性极限、良好的抗疲劳和耐腐蚀等许多优异的物理、化学和力学性能，在材料工程、国防和航天等领域显示出广阔的应用前景。块体金属玻璃有发展为集优异的物理、力学和化学性能于一体的功能-结构材料的巨大潜力。但是缺乏宏观室温塑性变形能力严重限制了金属玻璃的应用，本项目中，采用的准静态压缩的方法可以在一定程度上调制金属玻璃的弹性和塑性，可以改善金属玻璃的力学性能，这对于金属玻璃的服役具有一定的应用价值。准静态压缩可以改变典型金属玻璃体系的微观结构，而微观结构的改变对金属玻璃的弹性产生重要影响。随着准静态压力的增加，加工之后的金属玻璃弹性模量单调降低，反映了金属玻璃样品微观结构的软化和膨胀。但是样品的泊松比在大约三分之二屈服强度时出现拐点，之后样品的泊松比快速降低，样品的强度也随之降低，这反映了样品微观结构连续性的破坏；即说明金属玻璃样品在受到大于其自身三分之二屈服强度的压力时，其内部微观结构会被破坏，剪切带开始萌生，随着剪切带的大量萌生，受过加工之后的样品强度降低；适当控制加工压力，可以提高金属玻璃的塑性。本项目的开展可以加深对金属玻璃弹性和结构的认识，扩展改善金属玻璃性能的方法，对金属玻璃结构性能的探索和实际应用都具有深远意义。