TRIP效应韧塑化非晶合金复合材料的制备及其协同变形机制研究

Till now, almost all the proposed research aims of the NSFC young scholar program untaken by the applicant have been accomplished. Innovative progresses have been achieved in the research of CuZrAl-based bulk metallic glass (BMG) composites reinforced by the TRIP (Transformation-induced plasticity) concept. Outputs also include 8 high-profile papers published in peer-reviewed journals such as Physical Review Letters and Acta Materialia, 4 patents, 3 presentations on international conference and one “Natural Science Awards” from Ministry of Education in China. Based on the completed work supported by the NSFC young scholar program, the current project will extend this study in other amorphous alloy systems such as Fe- and Ti-based alloys, and the main objectives are to investigate the cooperative formation mechanism, mechanical behavior and toughening mechanism. Common issues regarding alloy-designing TRIP-reinforced BMG composites will be addressed and, the ultimate goal is to develop advanced BMG composites for engineering applications.

申请人所承担的青年科学基金项目各项研究任务基本完成，预期目标也已实现，成功利用TRIP（Transformation-induced Plasticity）效应韧塑化了CuZrAl系非晶合金，并在相关机理方面取得创新性研究成果。在Physical Review Letters、Aata Materialia等国际期刊上发表SCI论文8 篇，申请发明专利4 项，参加国际会议3次，获教育部自然科学二等奖1 项，获“北京市优秀博士学位论文”奖励1项。在此工作基础上，本项目提出将已有研究成果扩展到其它合金体系如Fe基、Ti基非晶合金，并全面深入的研究该类复合材料的形成机理、力学行为、应变软化的非晶基体中TRIP效应的韧塑化作用和协同变形机制。解决利用TRIP效应韧塑化非晶合金的共性关键问题，理解TRIP效应韧塑化的动态协同变形机制，最终开发出多种具有实际工程应用价值的高性能大尺寸非晶合金复合材料。

块体非晶合金虽然具有高的硬度、强度，大的弹性极限等等，但至今依然没有获得实际工程应用的重要原因是其室温脆性和应变软化的特点，使其无法满足实际工程材料服役时的安全要求。本项目针对块体非晶合金室温脆性和应变软化等问题，以深入理解块体非晶合金及其复合材料变形机制、韧塑化机制为基础，开发了一系列不同体系的新型高性能非晶合金复合材料，系统研究了块体非晶合金及其复合材料结构-性能关联等问题。具体包括以下几方面的研究工作：1）通过系统分析现有非晶合金径向分布函数特点与力学性能之间的关系，建立了非晶合金平均原子距离与强度、模量之间的关联，阐明了化学成分上更为“复杂”的非晶合金事实上存在着比简单的晶态合金更为简单的结构-力学性能的关联； 2）系统研究TRIP效应在非晶合金中的作用机理，研究相变韧塑化非晶复合材料中各相的协同变形、相变序列；3）开发了大尺寸优异力学性能和显著加工硬化能力的“相变诱导塑性”（TRIP效应）非晶复合材料；4）系统讨论了多种新颖的非晶复合材料成型工艺及韧塑化机理；5）系统分析了非晶合金及其复合材料加载过程中局域应变场的演变，建立了非晶合金非均匀性、局域应变场分布同宏观塑性变形能力之间的关联； 6）揭示了不同热处理及掺杂条件及下非晶基体纳米晶化行为及其对性能性能的影响。在以上研究成果的基础上，本项目发表学术论文25篇，其中SCI论文23篇，JCR一区论文12篇，申请专利12项。