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《力學學報》喬吉超等工作：Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金蠕變機理研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-08-22  瀏覽次數(shù)：2858
外加載荷作用下，非晶合金表現(xiàn)出粘塑性材料特性，涉及彈性、滯彈性以及塑性變形響應。蠕變作為非晶合金力學行為研究關鍵手段，在固定溫度和恒定應力載荷條件下通過監(jiān)測應變隨時間演化，可直觀反映材料微觀結構在熱力學耦合過程中的實際演變。施加外部應力時，彈性變形幾乎瞬時發(fā)生，蠕變響應則綜合反映了粘彈性和塑性變形貢獻。蠕變不僅能引發(fā)非晶合金宏觀尺度變形，而且通過實驗，數(shù)值分析方法和分子動力學模擬對應變響應的處理，能精確揭示非晶合金動力學特性及能量狀態(tài)信息。因此，蠕變已被廣泛采用作為定量研究非晶合金時間相關結構弛豫、滯彈性、塑性變形和高溫流變等關鍵科學問題的有效工具。

來自西北工業(yè)大學的喬吉超等選取具有優(yōu)良玻璃形成能力的Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金作為模型合金體系，旨在通過高溫蠕變實驗，綜合探究不同溫度、循環(huán)應力和回復時間條件下高熵非晶合金的蠕變變形機制及其演化規(guī)律。相關研究成果于2024年8月在《力學學報》網(wǎng)絡首發(fā)。

研究人員選取具有良好玻璃形成能力的Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金作為模型體系。采用單輥甩帶法制備條帶高熵非晶合金樣品，樣品尺寸約為：6.00mm(長)x0.80mm(寬)x0.02mm(厚)。Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金的玻璃轉變溫度Tg為574K，晶化初始溫度Tx為637K。在選定溫度下（503K，513K，523K，533K，即~0.87Tg~0.93Tg）分別選取50MPa，75MPa，100MPa，125MPa，150MPa應力開展蠕變循環(huán)實驗。以25MPa/min的應力速率升高到目標應力，每個循環(huán)蠕變時間為2.16x104s。為保證實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，每組蠕變實驗開始前樣品均在測試溫度保溫30分鐘，待溫度穩(wěn)定后施加相應應力進行蠕變實驗。結果表明：Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金的蠕變行為明顯依賴于溫度和應力，低溫及低應力環(huán)境下合金表現(xiàn)出較好的抗蠕變性能，主要以彈性變形為主。隨著溫度增加，合金抗蠕變能力減弱，粘彈性（粘塑性）變形成為主導。循環(huán)應力在低溫下對蠕變變形影響較小，而在高溫下其影響顯著，表明循環(huán)載荷能加劇蠕變行為，導致準穩(wěn)態(tài)蠕變速率上升（圖1-2）?；貜蜁r間對合金的瞬時彈性變形和滯彈性變形有顯著影響，但對粘塑性變形的調節(jié)作用有限（圖3）。卸載后合金變形能力逐漸增強，蠕變抑制得到緩解。此外，變形單元弛豫時間的廣泛分布和對循環(huán)應力的敏感反應，揭示了蠕變機制的復雜性和多時間尺度的結構演化（圖4）。本研究通過系統(tǒng)的實驗和分析，深化了對高熵非晶合金蠕變行為及其調控機制的理解.為高性能高熵非晶合金的設計和應用提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導，對未來開發(fā)更具抗蠕變能力的先進材料具有一定意義。

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