一种铁基块体金属玻璃纳米压痕蠕变行为的加载速率敏感性(英文)

通过纳米压痕蠕变实验研究了加载速率对{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体金属玻璃室温蠕变变形的影响。结果表明,该铁基块体金属玻璃的蠕变变形随着加载速率的增加而增大。此外,根据经验幂率函数计算得到了材料室温蠕变应力指数,当加载速率从1mN/s增加到50mN/s时,应力指数从28.1逐渐下降到4.9,显示出显著的压痕加载速率敏感性。最后,基于自由体积理论和剪切转变区理论对该铁基块体金属玻璃的纳米压痕蠕变行为进行了探讨,并对实验结果和分析结果提供了半定量的解释。     

一种Zr基块体金属玻璃的纳米压入蠕变行为研究

通过斜坡-保载的球形纳米压痕法研究了Zr55Cu28Ni5Al10Nb2块体金属玻璃的室温蠕变行为。蠕变实验同时考虑了加载速率和峰值载荷水平的影响,并采用基于弹性-粘弹性对应原理的现象学法来描述材料的压痕蠕变行为。结果显示,蠕变位移显示了明显的速率和载荷依赖性。五组元Kelvin模型能很好地拟合蠕变位移-时间数据,不同加载速率条件下的拟合-预测效果非常好。对于缓慢的加载过程,斜坡段对蠕变行为的影响不可忽略。     

Zr基块体金属玻璃蠕变行为的纳米压痕研究

在本工作中,通过纳米压痕实验研究了加载速率和保载时间对(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体金属玻璃（BMG）的蠕变变形行为的影响。实验结果表明,合金试样的蠕变位移随着加载速率或保载时间的增加而增大。另一方面,合金样品的硬度（H）也随着加载速率或保载时间的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有尺寸效应,合金试样的硬度随着压痕深度的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有锯齿流动现象,并且该现象具有速率依赖性。具体而言,随着加载速率的减小,锯齿流动现象更加明显。合金试样的蠕变应力指数随着加载速率或保载时间的增加而减小。     

Fe-Co-B-Si-Nb-Cr软磁块体非晶合金的制备及性能

采用微合金化技术,用铜模铸造法制备Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金。借助于XRD、TEM、DSC、DTA和VSM表征该玻璃合金系的玻璃形成能力和软磁性能;借助动电位极化、宏观压缩试验和纳米压痕技术测试该玻璃合金系的腐蚀和力学性能。结果表明:Cr元素的加入,尽管稍微降低了Fe-Co-B-Si-Nb玻璃合金的形成能力,但却明显改善了它的软磁性能、力学性能和腐蚀性能;用铜模铸造法,可获得最大直径为4mm的玻璃棒;这些块体非晶表现出高饱和磁感应强度(0.81～1.04T)、极低的矫顽力(0.6～1.6A/m)、200～215GPa的杨氏模量、约2%的弹性应变和0.7%的塑性应变,还拥有超高的断裂强度(3840～4043MPa);用深度敏感纳米压痕技术研究了{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96-Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的室温塑性变形;该合金的纳米压痕变形行为与加载速率有关:在0.75～3mN/s加载速率下,发现了显著的锯齿流变;当增大到6mN/s时,锯齿流变逐渐消失。另外,当Cr含量(原子分数%,下同)从x=0增加到x=4时,该块体非晶合金在0.5mol/LNaCl...     

纳米压痕法测量Ti6Al4V钛合金室温蠕变应力指数

主要通过恒加载速率纳米压痕法的保载阶段测量了Ti6Al4V钛合金在室温下的蠕变应力指数n。通过给金刚石Berkovich压头施加不同的加载速率使其达到不同的最大载荷,观察加载速率和最大载荷对实验结果的影响。在最大载荷下,给压头保载5 min,通过保载过程中材料的压痕应变率和硬度之间的关系得到了该材料在常温下的蠕变应力指数n。结果表明,在特定范围内加载速率和最大载荷的变化对实验结果的影响微乎其微,可以忽略不计。最终测得Ti6Al4V钛合金在室温下蠕变应力指数的分布范围为7.0513~7.216。     

纳米压痕法测量Cu的室温蠕变速率敏感指数

介绍一种测量室温蠕变速率敏感指数m的新方法。即通过纳米压痕仪精确测量压头的压入位移h和材料的硬度值来计算m值。用该法分别测得单晶Cu(123)压痕蠕变的m的平均值约为0.0045;多晶Cu和纳米晶Cu(晶粒尺寸为30nm)的m的平均值分别为0.007和0.0094。压痕蠕变曲线与传统的单轴蠕变曲线十分相似;室温m的平均值与加载条件无关,而由材料的微观结构决定。     

Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金在纳米压痕过程中的变形行为

利用纳米压痕技术研究直径为3 mm的{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的变形行为以及加载速率对其塑性变形行为的影响规律.结果表明:该块体非晶合金在低加载速率下表现出显著的锯齿流变,而在高的加载速率下表现为连续的塑性变形;在纳米压痕过程中,该块体非晶合金出现室温蠕变现象,且其硬度值随着加载速率的增大而减小.     

Ce基非晶合金制备及室温变形行为的研究

采用铜模吸铸法制备φ2 mm的Ce70Al10Cu20、Ce69Al10Cu20Co1和Ce69Al10Cu20Ag1合金棒材.利用X射线衍射(XRD)、示差扫描量热法(DSC)和纳米压痕法(Nanoindentation)研究添加元素Ag、Co对Ce基非晶合金形成能力、热稳定性及室温变形行为的影响.结果表明,添加Ag、Co能显著提高Ce基非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性能.Ce70Al10Cu20和Ce69Al10Cu20Ag1合金在高加载速率下出现锯齿流变;而Ce69Al10Cu20Co1合金在实验加载速率下表现为连续塑性变形.此外,三种Ce基非晶合金在压痕保载段均出现明显的蠕变现象且蠕变量随加载速率增加而增大.     

纳米压痕法测量超细晶工业纯钛室温蠕变速率敏感指数

室温下,采用复合细化(ECAP+冷轧+旋锻)工艺,制备出平均晶粒尺寸约为180 nm的超细晶工业纯钛,其抗拉强度高达870 MPa。利用纳米压痕仪对超细晶工业纯钛以恒加载速率/载荷的方式进行测试实验,通过测定压头保载阶段的压入位移和材料的硬度值计算得出室温蠕变速率敏感指数m值。结果表明:超细晶工业纯钛由于晶粒明显细化,晶界数量增多,晶界长度增加,位错增殖,在室温下表现出优良的抗蠕变能力,适合在压力环境下长期工作,其蠕变机理主要为蠕变位错机理。室温蠕变速率敏感指数m值与加载条件无关,主要由材料的微观组织决定。     

纳米压痕法研究80Au/20Sn焊料蠕变应力指数

室温下通过恒加载速率/载荷纳米压痕法对铸态80Au/20Sn焊料进行了测试,得到了压痕试样的载荷—位移曲线.试验表明,加载速率对载荷一位移曲线影响显著,较低的加载速率产生了较大的位移变化;加载阶段,较低的加载速率导致了较大的压痕深度;载荷保持阶段,压痕深度的变化表明在该阶段发生了蠕变,较高的加载速率导致了较大的蠕变应变率.结果表明,基于压痕做功概念得到的蠕变应力指数与传统单轴拉伸或压缩蠕变测试得到的数值具有较好的一致性,该测试和分析方法可行.     

金属薄膜蠕变变形与材料结构的相关性研究

本文采用纳米压入实验方法评价金属薄膜室温蠕变变形行为与材料微观组织结构的关系。金属薄膜分别选取纳米晶体心立方（BCC）金属Mo、纳米晶面心立方（FCC）金属Ni以及非晶CuZr为研究材料,加载速率为0.005,0.05,0.1,0.2 s-1。研究发现BCC-Mo、FCC-Ni以及非晶CuZr蠕变变形均表现出很强的加载应变速率依赖性,究其原因与其主导变形机制相关。BCC-Mo蠕变行为由螺型位错主导的混合位错运动为主,FCC-Ni蠕变变形由晶界发射不全位错主导,非晶CuZr蠕变行为由剪切变形转变区（STZ）主导变行为主。     

加载速率和峰值载荷对DD407镍基单晶高温合金纳米压痕蠕变行为的影响

在加载速率500～6000 uN/s和峰值载荷4000～12000 uN的条件下进行纳米压痕蠕变实验,研究DD407镍基单晶高温合金在室温下的蠕变行为.结果表明:DD407镍基单晶高温合金具有良好的蠕变抗力性能,但其蠕变性能对加载速率和峰值载荷敏感.依据Findley模型,得到拟合的蠕变参数随着加载速率和峰值载荷的增加...     

U_(65)Fe_(30)Al_5非晶合金的纳米压痕蠕变行为研究

在室温下利用纳米压痕测试技术研究了峰值载荷和加载速率对U65Fe30Al5新型非晶合金蠕变行为的影响规律。结果表明,随着峰值载荷和加载速率的增加,在相同蠕变时间内,蠕变位移呈增大趋势,但当加载速率高于特定阈值时,蠕变位移不再增大。通过蠕变经验公式拟合发现,蠕变过程的应力指数随峰值载荷的增加不断变大,但随加载速率的增加先减小后基本恒定。与常规晶态合金相比,U65Fe30Al5非晶合金具有更大的应力指数,这反映出后者内部结构中富含自由体积。     

纳米压痕法测定微铸件室温蠕变速率敏感指数

采用纳米压痕仪,结合恒加载速率/载荷法(const.P/P)和恒载荷法(const.P)测试了室温下ZnAl4合金微铸件的蠕变应变速率敏感指数(m).结果表明:微铸件不同位置的m值基本相同,齿顶与齿根处分别为0.0958和0.0879,与微铸件晶粒度无关;同时,同一位置在不同恒P/P下所获得的m值也基本相等,与加载P/P值无关.     

Nd60Al10Fe20Co10金属玻璃的变形行为

利用材料测试系统(MTS)、X-Ray衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段研究了Nd基大块金属玻璃的变形行为和断裂特征.Nd基大块金属玻璃样品在室温下是脆性断裂,大约在500 K时变形模式从非均匀变形转变为均匀变形,在523 K以上表现出显著的塑性变形.在5×10-4 m/s的应变速率下,这种Nd基大块金属玻璃材料在523 K～600 K之间出现明显的屈服应力下降现象,随后进入1种稳定的粘性流动状态,而且这种屈服下降现象与温度和应变速率有关.这种在过冷液相区的变形行为与其他大块金属玻璃变形特征相似.合金的这种塑性变形行为表明了其存在稳定的过冷液相区,同时对其变形行为的研究有助于进一步了解Nd基大块金属玻璃的反常热稳定性.     

固溶态和时效态7075铝合金的微纳米压痕力学行为

采用微纳米压痕实验研究了固溶态和时效态7075铝合金的力学性能和压痕蠕变行为，获得了其力学本构方程、应力-应变曲线和蠕变应力指数。结果表明：两种状态铝合金的硬度和弹性模量均随着载荷的增大而减小，并在压痕深度小于1μm时表现出明显的尺寸效应。固溶态和时效态铝合金的屈服强度分别为446 MPa和497 MPa,抗拉强度分别为594 MPa和691 MPa。两种状态合金的最大蠕变深度和蠕变应力指数变化趋势相似，均随载荷和加载速率的增大而增大。     

压痕法确定热障涂层蠕变参数

对单相半无限大材料和涂层/基体材料系统分别进行平头压痕蠕变试验的有限元模拟。对于每一种材料系统,分别考虑不同尺寸的压头,研究压头尺寸对涂层/基体材料系统压痕蠕变应力指数的影响规律。通过对有限元计算结果的分析,提出一个考虑压头尺寸的权重函数来量化涂层和基体对涂层/基体系统压痕蠕变指数的影响程度。基于此权重函数,提出一个确定涂层蠕变指数的分析法。最后根据压头尺寸对涂层/基体系统压痕蠕变指数的影响规律,提出确定涂层蠕变指数的外推法     

Ag元素添加对Cu-Zr-Al基金属玻璃纳米压痕行为的影响

采用铜模吸铸法制备得到不同Ag含量的Cu_(45)Zr_(45)Al_(10-x)Ag_x(x=1、2、3、5,原子分数,%)金属玻璃。利用纳米压痕技术系统地探讨了Ag元素添加对Cu-Zr-Al基金属玻璃纳米塑性变形行为的影响。借助经验方程拟合纳米压痕蠕变曲线求得应变速率敏感指数(m),进而计算出蠕变过程中的剪切转变区体积(Ω)。通过Kohlrausch-Williams-Watts方程拟合蠕变深度曲线,分析蠕变过程中的弛豫行为。结果表明,Ag含量增加导致KWW方程的扩展指数(β)增加。与此同时,Cu-Zr-Al基金属玻璃的硬度随微量Ag元素含量的增加而提高,并且在维持高硬度的基础上提高了塑性。本工作为理解金属玻璃热稳定性与力学性能的相关性奠定了基础。     

平头压痕蠕变损伤实验的有限元模拟分析

对平头压痕蠕变实验进行了有限元模拟分析,重点考虑了受压材料的蠕变损伤．基于等效应力控制的蠕变损伤方程,在完成了Abaqus的Creep用户子程序的基础上对单相半无限大材料和薄膜／基体的两相材料系统的平头压痕蠕变损伤响应进行了有限元模拟．结果表明,蠕变压痕速率与材料的损伤参量相关,也与压头大小以及薄膜厚度／压头直径之比有关．与无损伤材料一样,也可以通过压痕蠕变损伤实验来得到受压材料的蠕变损伤规律．     

多晶铜膜纳米压入蠕变性能

在JGP560V磁控溅射镀膜设备上镀制多晶铜膜,利用纳米压入技术测量了其室温下的蠕变性能.结果表明:由于不同加载方式下,材料加工硬化程度的不同造成了应力指数的差异,因而,不同加载方式对测得的铜膜蠕变应力指数有比较大的影响;由于材料在高载荷时在压头下端产生更多的位错,阻碍了压头的压入,使蠕变率降低,因而,随着保载载荷的升高,蠕变应力指数变大.