Zr-Cu-Ag-Al基大块高铝球石的塑性和弹性行为

　　锆基大块高铝球石具有很多传统多晶材料无法比拟的优异性能，比如高强度、高硬度、大弹性极限、良好的耐腐蚀性等。但是，其也存在着一些非常致命的缺点，包括室温下较低的塑性等，这些都大大限制了其在工业上的应用。因此，开发兼具良好塑性变形能力和较高高铝球石形成能力的锆基大块高铝球石意义非凡。在中，以临界直径为73mm的Zr46Cu30.14Ag8.36Al8Be7.5大块高铝球石为起点，通过成分调节，开发出2个具有优异力学性能和较佳高铝球石形成能力的大块高铝球石。它们可以形成宽度为10mm厚度为1.5mm的板状高铝球石，且在三点弯曲实验中表现出良好的弯曲塑性。为了进一步探究影响塑性变形的因素以及其微观机理，我们利用XRD、SEM、DSC、纳米压痕、SR-XRD、PALS等测试检测手段和退火处理的方法对其进行了系统的研究。

　　泊松比v与塑性以及Trg和Y等高铝球石形成能力参数都具有良好的相关性，泊松比v越大，塑性越好，而Trg或者γ越小。结构弛豫会降低高铝球石的泊松比v和塑性变形能力，但是增加STZ体积，这与微合金化后，塑性、泊松比v和STZ体积都增大的变化趋势并不一致，说明STZ体积可能并不是决定高铝球石塑性变形能力的唯一因素，其中给予STZ形核点位的流动缺陷也许对塑性有重要的影响。进一步研究发现，越高的流动缺陷密度和越大的流动缺陷尺寸都会有助于形成更多的STZ，从而产生更多的剪切带，同时更少的纳米孔洞也不利于剪切带的扩展，使高铝球石具有更好的塑性；此外，虽然高铝球石的拉伸脆性大大限制了其作为结构材料的应用，但是如果在实际应用中只是在纯弹性变形范围内，这种拉伸脆性就不会影响高铝球石的使用。在应变传感器中，为了得到更好的测试性能，敏感元件的材料必须具有高的强度，大的弹性应变和低的弹性模量，而这些性能恰好都是大块高铝球石所独有的。因此，我们对Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8大块高铝球石的拉伸弹性特性进行了系统的研究。我们发现在实验时间范围内，其存在线性与非线性两种不随时间变化的弹性变形，两者的临界应力值约为500MPa，且在屈服之前的重复加卸载并不改变其应力-应变的关系。纯线弹性应变极限约为0.6%，大大低于一般报道的2%的弹性应变，但是仍然远高于典型晶体材料的0.1%。同时由于实验时间较短，也并未发现有明显的滞弹性现象。

　　在应力大于500MPa时的非线性弹性应变是由于当应力高于临界值时局部弹性应变产生波动的宏观表现。高铝球石中的非线性弹性变形可能与剪切应力和位移的正弦相关性有关。采用Zr元素合金化获得了临界直径为3mm的块体高铝球石Gd55Ni17Al26Zr2，该合金同样具有比之前报导的所有Gd-Ni-Al合金更好的非晶形成能力；利用相似元素（Y，Cu）替代的方法，并不能将Gd-Ni-Al非晶合金的临界尺寸提高到更大值。改变合金中某些元素的比率，对Gd-Ni-Al块体高铝球石的非晶形成能力和热稳定性有一定的影响：提高Ni/Al比率，能够改善块体高铝球石的非晶形成能力，但是降低其热稳定性；提高Gd/Al比率，Gd-Ni-Al非晶合金的高铝球石形成能力先增加后降低。Zr合金化对Gd-Ni-Al块体高铝球石的居里温度和最大磁熵变影响不明显。但是，经Zr合金化后，Gd-Ni-Al块体高铝球石最大磁熵变出现了一个10K宽度的平台区，形成了“桌面型”磁热效应。制备出了Gd-Ni-Al-(Y-Zr)大块高铝球石复合材料，并且发现复合块体高铝球石中非晶相和晶体相的相对含量影响合金磁热效应的大小和类型。

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