非晶合金非均匀性和弛豫行为在应力作用下演化机制研究

Amorphous alloys have excellent properties, which have attracted considerable attentions in scientific research and applications. Heterogeneity and relaxation are the key to understand the formation and properties of amorphous alloys, have always been hot topics in the field of amorphous alloys. Therefore, this proposal plans to study the heterogeneity and relaxation behavior of amorphous alloy under stress. The local modulus, determined by atomic force microscopy, will be used to characterize the evolution of heterogeneity of amorphous alloy under stress. The recover enthalpy, elastic constant and density of amorphous alloys, measured by differential scanning calorimeter, resonant ultrasound spectroscopy and microanalysis balance respectively, will be used to characterize the evolution of the relaxation behavior of amorphous alloy under stress. The relationship between the heterogeneity and relaxation behavior of amorphous alloys under stress will be established. Based on the flow units model, we will reveal the microscopic mechanism of the evolution of the heterogeneity and relaxation behavior of amorphous alloys under stress. The study can improve our understanding of the structure heterogeneity and relaxation mechanism of amorphous alloy and provide guidance for the adjustment and optimization of the property of amorphous alloy.

非晶合金因其优异的性能，而备受科学和应用领域的广泛关注。非均匀性和弛豫行为是理解非晶合金形成和性能的关键，一直是非晶合金领域的研究热点。本项目拟通过力学加载的方法，研究应力作用对非晶合金非均匀性和弛豫行为的影响。通过原子力显微镜测定应力作用后非晶合金的局域模量，表征其非均匀性演化。利用差热扫描量热仪、超声共振频谱分析仪和微量分析天平测定应力作用后非晶合金的回复焓、弹性常数、密度，表征其弛豫行为演化。建立应力作用下非晶合金非均匀性和弛豫行为的关联，在流变单元模型的基础上，揭示非晶合金非均匀性和弛豫行为在应力作用下演化的微观机制。项目的开展将促进对非晶合金结构非均匀性的认识，进一步加深弛豫机理的理解，为非晶合金性能的调控和优化提供指导。

非晶合金因其优异的性能，而备受科学和应用领域的广泛关注。非晶合金本质上是一种亚稳态材料，具有向低能态弛豫的趋势，弛豫会直接影响其结构和性能。非晶合金微观结构是非均匀的，而微观结构的非均匀性的改变会影响其性能和应用。因此，弛豫行为和非均匀性是理解非晶合金形成和性能的关键，对认识非晶合金的结构和调控非晶合金的性能尤为重要，一直是非晶合金领域的研究热点，但时至今日人们对其物理本质尚不完全清楚。为此本项目以La-Ni-Al和Pd-Ni-Cu-P非晶合金为对象，进行了不同应力作用处理下的弛豫行为和非均匀性演变观察实验，建立了应力作用下非晶合金非均匀性和弛豫行为的关联，在流变单元模型的基础上，揭示非晶合金非均匀性和弛豫行为在应力作用下演化的微观机制。结果表明：非晶合金在恒定应力循环加载和应变变形后，应变随着循环加载次数的增加逐渐减小，粘度随着加载次数的增加而增大，β弛豫和弛豫焓随着应变和温度的增加逐渐衰减，应变有明显加速非晶合金弛豫的作用。非晶合金发生了应变弛豫和结构弛豫，并且弛豫与其微观结构缺陷流变单元和结构非均匀性的演变是相关的。非晶合金在高压作用下，发现了非晶合金玻色峰强度和热膨胀系数皆随压力的升高，表现出一致的先减小后增大的非单调的演变规律。非晶合金在常压等温退火作用下，玻色峰强度和热膨胀系数皆随退火时间的延长，表现出一致单调减小的演变规律。建立了玻色峰与热膨胀的线性关系，得到了玻色峰的动力学行为和结构弛豫/“年轻化”相关性，通过流变单元模型探讨了微观结构非均性的演变和可能的结构起源。通过高压调节了非晶合金的微观结构，改变了其结构非均匀性，制备出了可控热膨胀性能的晶态合金材料，获得了新的方法制备可控的热膨胀性能材料，为可控热膨胀性能材料研究和应用领域提供了新的思路和方法。项目发表论文6篇，申请发明专利1项。