液体结构演变对金属玻璃固体性质的影响研究

作     者：李阳阳 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡丽娜;王峥

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：金属玻璃 动力学粘度 液液结构转变 力学性能 

摘      要：金属玻璃由于具有不同于常规晶体金属材料的独特性能,越来越受到科研人员的广泛关注。由于液固遗传现象,金属玻璃固体性质很大程度上受熔体结构的影响。因此,金属玻璃高温熔体和冷却过程中结构演化相关研究一直是金属玻璃领域的一个热点问题。液液结构转变(Liquid-liquid structure transition,LLST)现象,作为近年来在金属玻璃形成体系高温液相区和过冷液相区发现的异常结构转变行为,对金属玻璃固体性质有何种影响尚不明确。为更好地理解金属玻璃形成液体结构的演化规律,对金属玻璃性质进行更精确地控制和预测,解决这一问题迫在眉睫。基于上述背景,本文通过分析粘度数据测量影响因素,提高了通过粘度分析熔体结构变化的准确性;利用金属玻璃液固遗传性,发现了 CuZrAl金属玻璃多路径中的LLST行为并分析了其对金属玻璃固体性质的影响。主要研究内容和结论如下:(1)以CuZr二元合金为粘度测量对象,从化学反应情况、润湿性差异等方面分析了坩埚内表面形貌对粘度数据结果造成影响的原因。实验结果表明,在非反应润湿前提下,坩埚内表面的粗糙度差异会影响CuZr合金熔体与坩埚之间的润湿性能。坩埚内表面粗糙度增大会恶化与样品熔体间的润湿情况,导致粘度数据结果偏小。发现了由于振荡时间过长导致的熔体对坩埚冲刷现象,对粘度实验结果存在一定影响。这一结果提供了获得准确粘度数据的实验方法,为通过粘度进行熔体结构研究相关工作提供了便利。(2)以CuZrAl金属玻璃为研究对象,通过动力学粘度发现了其高温液相区的液液结构转变行为。利用单辊激冷甩带方法,将液液结构转变发生前后的熔体结构冻结至金属玻璃条带中,分析了其对金属玻璃热稳定性、玻璃形成能力和力学性能等各种性质的影响规律,探究了结构转变前后导致性质变化趋势不同的结构起源。实验结果表明,液液结构转变行为会导致CuZrAl金属玻璃热稳定性及玻璃形成能力显著提高。力学性能方面,由于占主导作用的结构起源发生了变化,液液结构转变前后样品的硬度和模量随Tq温度升高呈现出先降后升的趋势。这一结论为通过调控熔体结构改善金属玻璃性能相关工作提供了新思路,对高性能金属玻璃材料开发工作具有推进作用。(3)以CuZrAl金属玻璃为研究对象,通过改变冷却速度和等温退火处理手段探究了其在冷却过程和过冷液相区中液液结构转变发生的可能性。通过差示量热扫描和纳米压痕力学性能测试手段分析了两种路径中发生的液液结构转变行为对玻璃形成能力和力学性质的影响。结果表明CuZrAl金属玻璃在冷却过程和过冷液相区内存在液液结构转变现象,且这种现象会导致其玻璃形成能力提高,硬度降低。这一结果对探究液液结构转变行为在金属玻璃体系不同路径中的普遍性具有积极意义,为改善金属玻璃稳定性和新型高性能金属玻璃功能材料的开发提供了新思路。