力学学报研究：通过表面机械加工调控Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的结构和韧性

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《力学学报》黄波工作论文涉及通过表面机械加工对Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的结构和韧性进行调控的研究。该研究旨在探索非晶合金的机械加工处理对其微观结构和力学性能的影响，为非晶合金材料在工程领域的应用提供新的思路。研究人员通过对非晶合金进行表面机械加工处理，探讨了其晶粒尺寸和晶界分布对材料韧性的影响。通过实验数据分析，研究人员得出了一系列结论，为非晶合金材料的结构设计和性能调控提供了有益的参考。该研究成果对于提高非晶合金材料的力学性能以及在材料工程领域的应用具有重要的理论和实际意义。

责编晓 丹

校对易 兵

图片来源：非晶中国大数据库《力学学报》“无序固体的力学行为”专题选编8

作为一种新型结构材料，非晶态合金的韧性需要进一步提高。提高非晶态合金韧性的方法有引入枝晶相、调整其成分改变其泊松比影响其剪切带衍生、裂纹扩展等。表面机械加工可以在非晶态合金中形成局域类晶体有序结构，影响其结构均匀性，增大其硬度，促进剪切带萌生，提高其韧性。

上海大学材料科学与工程学院材料研究所黄波（通讯作者）与王刚等科研工作者通过表面机械加工的方法来调控非晶态合金的微观结构及韧性。相关研究成果在杂志《力学学报》第52卷第2期中发表。

研究人员采用真空电弧熔炼、亚稳态薄板离心浇铸系统制备了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金板，并用表面机械研磨处理方法，在Vit105板上形成纳米尺度局域类晶体序结构。实验结果显示，铸态和SMAT处理后的样品均有一个明显的馒头峰，局部没有尖锐的晶化峰出现，表明SMAT过程并没有使样品晶化（图1）。铸态和SMAT处理后样品高分辨TEM图像原子都呈现混乱排列，电子衍射花样都是较宽的晕和弥散的环，不像晶体一样呈现出典型的明亮斑点。但是，SMAT处理后的样品中选区电子衍射图样显示出比铸态Vit105非晶合金略窄的晕环，这表明样品经过SMAT以后虽然整体处于非晶状态，但是内部结构的有序度可能会提高（图2）。科研人员将TEM图像为分成许多正方形单元，以此量化局部晶体状有序结构的面积分数。每个单元格的大小2.131nm，接近观察到的晶体状有序结构的最小尺寸，并且随后每个单元中的图像被转换成它的2D自相关映射。基于差示扫描量热分析、纳米压痕实验,研究员发现SMAT处理后的Vit105合金板表面附近弛豫焓更低,微观结构更加均匀、稳定（图3、图4）。通过显微维氏硬度计测试，发现SMAT处理后样品的表面附近硬度增大，硬度值分布也更均匀（图5）。通过三点弯断裂实验，可得到SMAT处理后合金板缺口韧度值从70.7±4.7MPa·m1/2提高到112.8±3.7MPa·m1/2。SMAT处理后合金板断裂后，缺口前端剪切带密度比未处理的更大（图6）。Vit105合金板韧性的提高源于SMAT处理对剪切带萌生的促进作用。表面机械加工作为一种新型的改变材料性能的手段,具有广阔的应用前景。

该项工作得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金委资助项目的支持。

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