非晶合金形变剪切带的本征特性与微结构特征研究

本项目以认识非晶合金形变形变剪切带的纳米尺度微结构特征与性能特征为目标，拟分别采用延性和脆性块体非晶合金为研究材料，通过实验研究，揭示剪切带形貌的精细特征；探索获得较宽形变剪切带或剪切带区域的方法和样品中剪切带区域的定位方法；研究分析形变剪切带区域的纳米尺度微结构特征、以及Tg附近退火对剪切带区域微结构特征的影响；通过实验研究，揭示形变剪切带区域内和附近区域与非晶基体在硬度、耐蚀、耐磨等性能上的差异以及Tg附近退火对剪切带区域性能的影响；认识形变剪切带对非晶合金再次变形过程中剪切带的萌生与扩展及宏观性能的影响。在实验研究的基础上，揭示非晶合金形变剪切带区域性能特征和微结构特征及其与宏观塑性变形能力的关联，探讨形变剪切带形成机制，提出改善非晶合金室温延性的思路。本项目研究成果将为认识非晶合金形变剪切带形成机制和建立非晶合金变形理论提供科学依据和实验基础，研究工作具有重要理论意义和学术价值。

非晶合金的形变机制是非晶合金理论与应用研究中的关键问题之一，是国内外研究热点。为认识非晶合金的形变机制，有必要对非晶合金材料的剪切变形行为、剪切带区域的结构特征、影响剪切带扩展和合金断裂的主要因素等问题进行深入研究。本项目的目标是在实验研究基础上认识非晶合金形变剪切带或剪切带区域与无剪切带非晶基体区域的微观结构差异和性能差异；通过采用高分辨电子显微分析技术，揭示形变剪切带区域的纳米尺度微结构特征及其演化特征；认识影响剪切带形成与扩展的主要因素；探讨形变机制和断裂机制；探索改善非晶合金宏观塑性的方法和开发高性能块体非晶合金。为最终认识非晶合金的形变机制与断裂机制提供科学依据和实验基础。为改善非晶合金的宏观性能提供新的思路。.本项目以Pd基等块体非晶合金为研究材料，围绕项目的核心目标和研究计划内容要点开展了深入研究。本项目基本上按计划进行，主要研究内容基本完成，总体上完成了预期研究计划。研究合作取得了重要进展，取得了以下主要研究成果。（1）发现在Pd基块体非晶合金中，较宽的剪切带区域的显微硬度略低于其周围的非晶基体区域，并且耐腐蚀性能也比非晶基体区域差。（2）基于实验研究结果，提出了将基于剪切带的剪切变形分为均匀剪切变形和局域化剪切变形两个阶段的模型。在均匀剪切变形阶段，剪切带内的特征结构和无剪切带的非晶基体区域无明显差异，原子近邻间距仅有微量膨胀。而在经历较大塑性变形的局域化剪切变形阶段，剪切带结构发生显著变化。此时剪切带包含中心局域化集中变形区和周边均匀剪切变形区，剪切带内原子近邻间距显著增加，体积膨胀达11.8%。(3)发现在局域化剪切变形阶段中，随变形量增加，局域化集中变形区内会生成纳米孔洞。在实验上揭示了剪切带内能生成纳米孔洞。（4）研究发现，在Pd基非晶合金形变和裂纹扩展过程中，扩展裂纹尖端应力场能诱导纳米颗粒相析出。（5）在实验研究的基础上，提出了剪切带的演化模型，探索了提高非晶合金材料塑性变形量和力学性能的方法，并开发出了若干具有宏观塑性变形量的块体非晶合金材料。本研究结果对丰富非晶合金形变理论与断裂理论、开发高性能非晶合金具有重要意义。.在本项目的支持下获得授权发明专利（中国）6项；发表SCI收录论文17篇；培养青年教师1名、博士后2名、博士生6名。