壓痕法研究大塊非晶的壓力敏感特性姓名：張韜 學號：2010700740專業：材料科學與工程指導老師：喻更生教授

目錄研究背景13總結4采用維氏壓痕儀進行壓痕測試致謝52采用吸鑄法制備非晶合金樣品

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研究背景

采用壓痕法研究了Zr基大塊非晶壓力敏感特性，發現Zr基大塊非晶硬度值在小載荷條件下顯著增加，當載荷達到一定的程度之后，硬度值緩慢增加最后趨于定值。隨著退火溫度的增加而硬度值增加，呈現一樣的變化規律。DSC測試結果表明自由體積隨著退火溫度的增加而減少，由Mohr-Coulomb準則可知，在正應力的作用下自由體積的減少導致了顆粒之間的摩擦力顯著增加，所以隨著載荷的增加硬度增加。證實了非晶壓力敏感特性與載荷和自由體積密切相關。

2壓痕儀

3一丶采用吸鑄法制備非晶合金樣品

采用吸鑄法制備非晶合金樣品

Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(a)和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10(b)進行真空等溫熱處理(523K和573K保溫12h，593K和633K保溫1h)。

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5二丶采用HWDV-7S維氏壓痕儀進行壓痕測試，加載范圍從0.3Kg-20Kg，保載時間30s-90s，之后進行卸載。結果取5-7個數據點的平均值

圖1鑄態Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(a)和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10(b)非晶合金硬度隨保載時間變化曲線

如圖1所示。不同保載時間條件下變化規律非常一致，且硬度值不隨保載時間變化而變化，可以得知硬度值不隨保載時間的增加而變化

6圖2鑄態和不同退火態非晶合金硬度隨載荷變化曲線

從圖中可以看到，所有的硬度曲線都具有類似的規律：硬度值先隨著載荷的增加而迅速增加，當加載到一定載荷后，硬度值隨著載荷的增加而緩慢增加，最后趨于一個定值，不再隨著載荷的增加而增加。

7圖3

5Kg載荷下，不同樣品的硬度值的變化規律可以看到，在高溫弛豫區以下，隨著弛豫程度的增加，非晶合金中自由體積逐漸減少，對應于合金硬度的增加，且硬度增加的趨勢與弛豫焓的變化趨勢是相符合的。隨著退火溫度超過高溫弛豫區，b的硬度與其他弛豫后的樣品相比變化不大，而對于a來說633k已經超過其Tg.

8圖4鑄態和不同退火態(a)和(b)非晶合金在玻璃轉變溫度附近局部放大的DSC結果

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我們發現，所有的樣品都有一個明顯的放熱峰，通常稱為“焓弛豫峰”。隨著退火溫度的升高，兩種非晶合金的焓弛豫峰是不斷降低的。

11圖5兩種鋯基非晶合金鑄態與不同溫度退火后的弛豫焓變化的關系可以看出，兩種鋯基非晶的焓變都是具有類似的規律，從鑄態到退火態焓變值較大，從523k到593k焓變值是逐漸減小的，從593k到633k焓變值又開始增大。

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11我們可以理解為鑄態的塊體非晶中含有大量的過剩自由體積，當退火溫度處于大塊非晶的高溫結構弛豫區時，凍結的原子很快被熱激活，原子重排速率較快，與之對應的自由體積會迅速遷移和消失。隨著退火溫度的增加，原子的無序性逐漸降低，重排節奏逐漸減緩，材料內部的自由體積數量逐漸減少[15]，但當退火溫度超過高溫結構弛豫區接近Tg時，焓變值又開始迅速增加，這可能與Tg附近材料復雜的內部結構變化有關。

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總結

1.材料的硬度不受保載時間的影響。對同一樣品，隨著載荷的增加，材料的硬度先是顯著增加，當載荷達到一定的程度之后，硬度緩慢增加最后趨于定值，不隨載荷的增加而增加。

2.材料的硬度隨壓力敏感因子的增加而增加。壓力敏感因子的變化是由自由體積的變化引起的，壓力敏感因子的變化可以通過硬度的變化進行表征

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致謝