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基于微观结构非均匀性的非晶合金力学行为 被引量:26
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作者 乔吉超 张浪渟 +3 位作者 童钰 吕国建 郝奇 陶凯 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期117-152,共36页
非晶合金弛豫/晶化、玻璃转变、塑性变形等热力学和动力学行为都与其固有的结构非均匀性密切相关.但是,由于淹没在亚稳的长程无序结构中,探究非晶合金的结构非均匀性十分困难.尤其,非晶合金微观结构非均匀性与其力学性能之间的本征关联... 非晶合金弛豫/晶化、玻璃转变、塑性变形等热力学和动力学行为都与其固有的结构非均匀性密切相关.但是,由于淹没在亚稳的长程无序结构中,探究非晶合金的结构非均匀性十分困难.尤其,非晶合金微观结构非均匀性与其力学性能之间的本征关联是一个亟待解决的重要科学问题.本文基于多尺度时空下的力学激励阐述非晶合金微观结构非均匀性特征与演化规律.从实验、理论和数值模拟方面出发,梳理了非晶合金微观结构非均匀性与弛豫机制和力学行为之间的关联.最后,针对非晶合金微观结构非均匀性与其物理/力学性能研究的方向提出了建议和展望. 展开更多
关键词 晶合金 微观结构非均匀性 力学激励 结构弛豫 力学行为
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Hf元素添加对CuZr基非晶合金动态弛豫的影响
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作者 朱凡 邢光辉 +1 位作者 Jean-Marc Pelletier 乔吉超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2282-2293,共12页
考虑到非晶合金具有独特的无序微观结构,其表现出极为复杂的弛豫动力学特性.动态弛豫行为在非晶合金中普遍存在,深刻理解其机制对于解构非晶合金固有的非均匀微观结构至关重要.少量元素的添加是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研... 考虑到非晶合金具有独特的无序微观结构,其表现出极为复杂的弛豫动力学特性.动态弛豫行为在非晶合金中普遍存在,深刻理解其机制对于解构非晶合金固有的非均匀微观结构至关重要.少量元素的添加是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研究以玻璃形成能力良好的Cu_(46)Zr_(47-x)Hf_(x)Al_(7)(x=0,8)非晶合金为模型合金,运用动态力学分析方法研究复模量随频率和温度的变化,进而探究Hf元素取代Zr元素对动态弛豫的影响.在动态力学频率谱中,借助准点缺陷理论阐明非晶合金在玻璃转变温度T_(g)以下处于等构型状态,准点缺陷浓度保持恒定;而在T_(g)以上,准点缺陷浓度随温度的上升呈线性增加.Hf元素的添加会降低玻璃体系等构型状态下的准点缺陷浓度,并抑制原子迁移能力.通过获取连续和离散的弛豫时间分布,直观展示了非晶合金的动力学非均匀性特征.在动态力学温度谱中,Hf元素的引入增加了玻璃体系的混合焓,抑制了β弛豫强度.进一步从内耗角度表明,Hf元素的引入不仅提高了与β弛豫相关的基本结构单元的激活难度,还增加了整个β弛豫过程的激活能. 展开更多
关键词 晶合金 动态弛豫 微合金化 准点缺陷 微观结构非均匀性
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Pd_(20)Pt_(20)Cu_(20)Ni_(20)P_(20)高熵非晶合金蠕变机理研究
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作者 段亚娟 徐宗睿 +2 位作者 郝奇 H.Kato 乔吉超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2913-2923,共11页
Pd_(20)Pt_(20)Cu_(20)Ni_(20)P_(20)高熵非晶合金作为研究载体,通过蠕变循环加载及循环加载-回复实验,着重考察了蠕变变形、准稳态蠕变速率、蠕变应力指数和弛豫时间分布谱演变规律,系统探索了温度、循环加载及回复时间对其蠕变行为的... Pd_(20)Pt_(20)Cu_(20)Ni_(20)P_(20)高熵非晶合金作为研究载体,通过蠕变循环加载及循环加载-回复实验,着重考察了蠕变变形、准稳态蠕变速率、蠕变应力指数和弛豫时间分布谱演变规律,系统探索了温度、循环加载及回复时间对其蠕变行为的影响.研究结果表明,该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,黏弹性(黏塑性)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.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,但对黏塑性变形的调节作用有限.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.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. 展开更多
关键词 高熵晶合金 蠕变 滞弹变形 动力学 微观结构非均匀性
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La基非晶合金蠕变缺陷激活机制
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作者 张剑 郝奇 +1 位作者 邢光辉 乔吉超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1037-1046,共10页
作为潜在的结构以及功能材料,非晶合金的变形行为研究始终受到广泛关注.非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间的内禀性关联是固体力学和固体物理研究领域的重要科学问题之一.文章选取具有优异玻璃形成能力和力学性能的La_(62)Cu_(1... 作为潜在的结构以及功能材料,非晶合金的变形行为研究始终受到广泛关注.非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间的内禀性关联是固体力学和固体物理研究领域的重要科学问题之一.文章选取具有优异玻璃形成能力和力学性能的La_(62)Cu_(12)Ni_(12)Al_(14)非晶合金为模型体系,探索非晶合金蠕变变形机理及其缺陷激活演化机制.基于蠕变实验,系统地研究了退火对模型合金体系蠕变行为的影响,采用唯象扩展指数方程和弛豫时间谱分析,着重探讨了非晶合金扩展指数、特征弛豫时间、弛豫时间强度分布随退火时间的演化规律,获得了退火处理对非晶合金蠕变的影响机理.基于准点缺陷理论框架推导力学响应本构方程,可精确描述非晶合金蠕变变形演化过程,通过微剪切畴的形成、扩展以及不可逆合并合理解释了弹性、滞弹性和塑性变形分量的演化机制.从非晶合金高温拉伸蠕变实验出发,厘清了热力耦合作用下非晶合金缺陷激活机制,同时为进一步探究非晶合金结构非均匀性微观起源提供新思路. 展开更多
关键词 晶合金 微观结构非均匀性 退火 准点缺陷理论
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基于准点缺陷理论探索非晶合金蠕变机制 被引量:5
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作者 徐宗睿 郝奇 +1 位作者 张浪渟 乔吉超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1590-1600,I0002,共12页
作为典型多体相互作用非平衡体系,如何明晰非晶合金多场耦合激励下变形机制,建立非晶合金变形行为、流动特性与微观结构特征本征关联始终是非晶合金力学性能的重要研究内容.本文以具有显著β弛豫行为的La_(56.16)Ce_(14.04)Ni_(19.8)Al_... 作为典型多体相互作用非平衡体系,如何明晰非晶合金多场耦合激励下变形机制,建立非晶合金变形行为、流动特性与微观结构特征本征关联始终是非晶合金力学性能的重要研究内容.本文以具有显著β弛豫行为的La_(56.16)Ce_(14.04)Ni_(19.8)Al_(10)非晶合金作为研究载体,通过开展宽温度应力窗口蠕变实验,着重考查了蠕变柔量、准稳态蠕变速率、特征弛豫时间、蠕变应力指数及蠕变激活能演变规律,系统研究了非晶合金蠕变行为与蠕变机制.基于准点缺陷理论分析了非晶合金蠕变行为由弹性向黏弹性及黏塑性逐步转变的过程,从微观结构演化角度构建了非晶合金蠕变行为完整物理图像.研究结果表明,非晶合金高温蠕变行为是一典型热力耦合、非线性过程,其潜在蠕变机制受控于温度、应力与加载时间.应力较低时,非晶合金蠕变机制对应于热激活单粒子流动.应力较高时,蠕变机制则对应于应力诱导局部剪切变形增强与温度诱导原子扩散等复杂耦合过程.非晶合金蠕变变形过程所涉及弹塑性转变源于非晶合金准点缺陷激活、微剪切畴经热力耦合激励形核长大、扩展与不可逆融合. 展开更多
关键词 晶合金 蠕变 准点缺陷理论 变形机制 微观结构非均匀性
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铜基非晶合金热效应和剪切模量变化起源 被引量:2
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作者 张浪渟 Vitaly A Khonik 乔吉超 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1709-1718,共10页
剪切模量在非晶合金黏性流动、扩散及结构弛豫等行为中起着重要作用.宏观剪切弹性决定非晶合金热流变化.探索非晶合金在结构弛豫和玻璃转变过程中宏观力学性能与热流的关联有助于理解其力学行为起源.本研究基于自间隙理论对Cu49Hf42Al9... 剪切模量在非晶合金黏性流动、扩散及结构弛豫等行为中起着重要作用.宏观剪切弹性决定非晶合金热流变化.探索非晶合金在结构弛豫和玻璃转变过程中宏观力学性能与热流的关联有助于理解其力学行为起源.本研究基于自间隙理论对Cu49Hf42Al9非晶合金热流、剪切模量及黏度进行研究,建立剪切模量与热流之间的关联.通过测量剪切模量精确测定自间隙缺陷浓度演化规律.从能量角度出发,通过激活能图谱探索自间隙缺陷浓度对非晶合金热力学性能的影响.借助于动态力学分析仪研究非晶合金从室温到过冷液相区的动态弛豫行为,探索物理时效引起的结构弛豫以及内耗演化规律.研究结果表明,自间隙理论可准确描述非晶合金的弛豫动力学、剪切软化及结构弛豫诱导的力学行为.结合热流数据可以很好描述铸态和弛豫态非晶合金剪切模量随温度演化过程,激活能图谱直观表述了单位激活能可激活的自间隙缺陷浓度.自间隙缺陷在结构弛豫中湮灭,表现为玻璃体系结构向更稳定状态迁移.在玻璃化转变过程中,缺陷浓度显著升高伴随热吸收,表现为原子大规模协同运动和剪切软化.物理时效诱导非晶合金内耗和原子移动性降低.过冷液相区内原子移动性高至消除了结构弛豫影响. 展开更多
关键词 晶合金 热流 剪切模量 结构弛豫 自间隙缺陷 微观结构非均匀性
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