《力学学报》乔吉超等工作：Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金蠕变机理研究

发布日期：2024-08-22 浏览次数：2589

外加载荷作用下，非晶合金表现出粘塑性材料特性，涉及弹性、滞弹性以及塑性变形响应。蠕变作为非晶合金力学行为研究关键手段，在固定温度和恒定应力载荷条件下通过监测应变随时间演化，可直观反映材料微观结构在热力学耦合过程中的实际演变。施加外部应力时，弹性变形几乎瞬时发生，蠕变响应则综合反映了粘弹性和塑性变形贡献。蠕变不仅能引发非晶合金宏观尺度变形，而且通过实验，数值分析方法和分子动力学模拟对应变响应的处理，能精确揭示非晶合金动力学特性及能量状态信息。因此，蠕变已被广泛采用作为定量研究非晶合金时间相关结构弛豫、滞弹性、塑性变形和高温流变等关键科学问题的有效工具。

来自西北工业大学的乔吉超等选取具有优良玻璃形成能力的Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金作为模型合金体系，旨在通过高温蠕变实验，综合探究不同温度、循环应力和回复时间条件下高熵非晶合金的蠕变变形机制及其演化规律。相关研究成果于2024年8月在《力学学报》网络首发。

研究人员选取具有良好玻璃形成能力的Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金作为模型体系。采用单辊甩带法制备条带高熵非晶合金样品，样品尺寸约为：6.00mm(长)x0.80mm(宽)x0.02mm(厚)。Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金的玻璃转变温度Tg为574K，晶化初始温度Tx为637K。在选定温度下（503K，513K，523K，533K，即~0.87Tg~0.93Tg）分别选取50MPa，75MPa，100MPa，125MPa，150MPa应力开展蠕变循环实验。以25MPa/min的应力速率升高到目标应力，每个循环蠕变时间为2.16x104s。为保证实验数据稳定性，每组蠕变实验开始前样品均在测试温度保温30分钟，待温度稳定后施加相应应力进行蠕变实验。结果表明：Pd20Pt20Cu20Ni20P20高熵非晶合金的蠕变行为明显依赖于温度和应力，低温及低应力环境下合金表现出较好的抗蠕变性能，主要以弹性变形为主。随着温度增加，合金抗蠕变能力减弱，粘弹性（粘塑性）变形成为主导。循环应力在低温下对蠕变变形影响较小，而在高温下其影响显著，表明循环载荷能加剧蠕变行为，导致准稳态蠕变速率上升（图1-2）。回复时间对合金的瞬时弹性变形和滞弹性变形有显著影响，但对粘塑性变形的调节作用有限（图3）。卸载后合金变形能力逐渐增强，蠕变抑制得到缓解。此外，变形单元弛豫时间的广泛分布和对循环应力的敏感反应，揭示了蠕变机制的复杂性和多时间尺度的结构演化（图4）。本研究通过系统的实验和分析，深化了对高熵非晶合金蠕变行为及其调控机制的理解.为高性能高熵非晶合金的设计和应用提供了重要的理论依据和实践指导，对未来开发更具抗蠕变能力的先进材料具有一定意义。

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