纳米晶对CuZr基非晶合金变形行为的影响
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铁基块体非晶合金在纳米压痕过程中的蠕变行为研究
铁基块体非晶合金在纳米压痕过程中的蠕变行为研究近年来，随着现代科技的发展，铁基块体非晶合金在金属材料领域应用越来越广泛。
它是一种高强度、高韧性的复合材料，具有优异的抗腐蚀性能、耐热性能和少量的热膨胀系数。
研究发现，铁基块体非晶合金可以在纳米尺度上应用，因此，研究其在纳米压痕过程中的蠕变行为具有重要意义。
纳米压痕又称近场压痕，是指一种技术，可以揭示材料的结构及几何参数，并直接测量材料的本构性质及力学性能。
超小变形器的开发使纳米压痕受到了广泛的关注，其中包括立体声电子显微镜（AFM）和压痕棒。
在纳米尺度压痕过程中，材料会出现蠕变行为，这是由于内部晶界滑移所致。
在本研究中，研究人员采用AFM技术，针对不同温度下超细粒铁基块体非晶合金（BFA）材料，开展了纳米压痕蠕变试验。
试验结果表明，当温度升高时，蠕变率也随之增加。
另外，蠕变过程中，BFA 材料的力学性能随着蠕变的进行而不断衰减，蠕变期间，BFA材料经历了三个阶段：初始阶段，稳定阶段和衰减阶段。
在研究过程中，研究者将此纳米压痕过程中的蠕变行为特性进行了定量描述，证实了以下三个结论：第一，铁基块体非晶合金随着温度的升高而出现显著的蠕变行为；第二，蠕变率随着温度的升高而增加；第三，BFA材料在蠕变过程中存在着三个主要的阶段，分别是初始阶段、稳定阶段和衰减阶段。
本研究为研究其他材料在纳米尺度压痕过程中的蠕变行为提供了有益的参考。
此外，本研究为应用小变形器测量材料力学性能提供了基础，并弥补了存在一定局限性的传统试验方法所存在的空白。
未来，进一步研究将着眼于研究铁基块体非晶合金在更多温度下的蠕变行为，以及对其力学性能的深入分析。
总之，本研究对于了解纳米尺度压痕过程中铁基块体非晶合金的蠕变行为起到了重要的作用，为进一步研究和应用纳米压痕技术提供了可靠的科学依据，为推动现代金属材料的发展提供了有益的参考。
Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金微观结构及晶化行为的分子动力学模拟
Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金微观结构及晶化行为的分子动力学模拟摘要非晶合金因其卓越的力学性能、高强度和良好的韧性而备受关注。
在这些合金中，Zr-Al-Ni-Cu合金具有很好的应用潜力。
为了深度了解Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为，本探究基于分子动力学方法进行了模拟。
1. 引言非晶合金是一类具有无序非晶态结构的合金，其在固态状态下具有高强度、良好的韧性和优异的耐腐蚀性能。
在近几十年的探究中，非晶合金已经广泛应用于磁性材料、电子器件和结构材料等领域。
2. 探究方法本探究使用分子动力学方法对Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为进行模拟。
起首，通过选择合适的势能模型，定义合金原子间互相作用。
然后，依据所选势能模型和初始条件，进行时间演化的模拟计算。
3. 模拟结果与分析通过模拟，我们探究了不同组成比例的Zr-Al-Ni-Cu合金的微观结构和晶化行为。
结果表明，在合适的组成范围内，Zr-Al-Ni-Cu合金可以形成非晶态结构。
同时，我们还观察到非晶合金在加热过程中会发生晶化现象。
通过分析晶化过程中的原子扩散和晶格结构的演化，我们发现晶化过程往往伴随着原子的扩散和晶格的重新排列。
4. 晶化行为的影响因素在探究中，我们着重探讨了晶化行为的影响因素。
起首，我们发现合金的成分对晶化行为有明显影响。
Zr-Al-Ni-Cu合金中Al和Ni含量的变化会改变合金的晶化温度和速率。
其次，晶化过程中的结构异质性也会影响晶化行为。
合金中存在的微观缺陷和晶界会催化晶化过程，加快晶化速率。
最后，外界温度和压力的变化也会对晶化行为产生影响。
随着温度的提高，合金的晶化速率加快；而提高压力则延缓晶化速率。
5. 应用前景和展望Zr-Al-Ni-Cu合金由于其优秀的力学性能和良好的韧性而具有宽广的应用前景。
对其微观结构和晶化行为的探究有助于深度了解这类非晶合金的材料特性，从而进一步优化合金设计和制备工艺。
将来的探究可以进一步探讨合金的晶化机制、晶体生长动力学以及晶化行为对材料性能的影响。
Zr-Cu系非晶合金的结构不均匀性及其与性能的关联
Zr-Cu系非晶合金的结构不均匀性及其与性能的关联摘要：Zr-Cu系非晶合金因其优异的物理和化学性质，被广泛应用于磁性材料、电子工业、生物医学等领域。
然而，结构不均匀性也是限制其应用的主要因素之一。
本文探讨了Zr-Cu系非晶合金的结构不均匀性及其与性能之间的关系。
使用X射线衍射、透射电镜、热分析等手段对不同Zr/Cu比例的样品进行结构表征，并研究了不同结构参数对力学性质、热稳定性、腐蚀行为等性能的影响。
研究结果表明，结构不均匀性会影响Zr-Cu系非晶合金的力学性能和耐腐蚀性能，在一定程度上影响其应用范围。
因此，优化结构不均匀性可以提高Zr-Cu系非晶合金的性能。
关键词：Zr-Cu系非晶合金；结构不均匀性；性能；优化1. 引言Zr-Cu系非晶合金具有优异的物理化学性质，如高的玻璃化转变温度、高的弹性模量、优异的低温特性等，因此具有广泛的应用前景。
但是，由于非晶合金的非晶态结构难以制备、过程复杂，制备过程中难以恒温，因此非晶体中结晶区的存在是不可避免的。
这种结晶区域会引起结构不均匀性，从而影响其物理和化学性质，如力学性能、磁性能和耐腐蚀性能等[1]。
2. 实验部分2.1 样品制备采用溅射法制备不同Zr/Cu比例的非晶样品，以探究其结构及性能之间的关系。
2.2 结构表征使用X射线衍射、透射电镜等手段对样品进行结构表征，确定其结构参数。
2.3 性能测试采用机械测试、热分析、腐蚀测试等手段对样品进行性能测试，研究其结构不均匀性对力学性能、热稳定性和耐腐蚀性能等影响。
3. 结果与讨论3.1 结构表征通过X射线衍射、透射电镜等手段对样品进行结构表征，得到其结构参数。
结果表明，随着Zr含量的增加，样品的非晶形成能力逐渐增强，结晶学参数也随之变化。
Zr含量较高的样品结晶颗粒较大，而且结晶程度也更高。
同时，随着结晶颗粒大小的增加，非晶区域的体积比例也逐渐降低[2]。
3.2 性能测试3.2.1 力学性能采用万能试验机测试不同Zr/Cu比例的样品的力学性能。
纳米晶的形成对FeCSiBPCu非晶合金软磁性能的影响
纳米晶的形成对FeCSiBPCu非晶合金软磁性能的影响高敬恩;李宏祥;陈子潘;吕昭平【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(044)013【摘要】研究了Fe76-xC7.0Si3.3B5.0P8.7Cux(x=0、0.3％或0.7％(原子分数))非晶合金中Cu的添加及纳米晶的形成对其软磁性能的影响,对合金的微观结构进行了X射线衍射实验和高分辨透射电镜观察,对合金的热稳定性和晶化激活能进行了测量和分析.结果表明,该合金退火之后的饱和磁化强度与合金中α-Fe纳米晶粒的密度和大小密切相关.Cu的添加可以影响合金的非晶形成能力、热稳定性和晶化激活能,添加少量的Cu(少于0.3％(原子分数))可以有效地提高合金的非晶形成能力,抑制退火过程中α-Fe纳米晶粒的析出,增强合金的热稳定性,而当Cu的添加量达到0.7％(原子分数)时可以降低合金的晶化激活能,促进α-Fe纳米晶粒的形核,提高α-Fe纳米晶粒的密度,使合金的饱和磁化强度达到1.79T.【总页数】4页(P1920-1923)【作者】高敬恩;李宏祥;陈子潘;吕昭平【作者单位】北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083;北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083;北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083;北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TG139.8【相关文献】1.Fe74Al4Ga2P12B4Si4块体非晶合金的纳米晶化及软磁性能研究 [J], 胡党平;唐建成;徐林炜;谢坤;穆玉慧2.FeSiBPCu系非晶纳米晶合金的制备及软磁性能的研究 [J], 于忠卡;张正;李维火;王磊磊3.微量镍元素添加对铁基非晶/纳米晶磁芯软磁性能的影响 [J], 蒋达国;文兴旺;王同帅;刘启瑞4.添加钴对FeCuNbSiB非晶/纳米晶磁芯软磁性能的影响 [J], 李久明;王同帅;刘启瑞;蒋达国5.FeCuNbSiB非晶合金的纳米晶化及其软磁性能 [J], 张志;李建中;郭金柱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系分析
材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系分析材料的变形硬化行为是指在外力作用下，材料发生塑性变形时所产生的硬化效应。
而晶粒取向则是指晶体中晶粒的方向性排列。
本文将分析材料的变形硬化行为与其晶粒取向之间的关系，并探讨纳米级晶粒对材料性能的影响。
一、材料的变形硬化行为分析在材料受力作用下，晶体的屈服开始于晶界滑移，随着变形的进行，晶界的滑移转化为晶内滑移。
晶界滑移的阻力来自晶界的能量和状况，而晶内滑移的阻力则来自晶体内部的晶粒取向关系。
晶粒取向对材料的变形硬化行为有重要影响。
当晶粒取向均匀一致时，晶粒间的相互阻碍力较小，材料更容易塑性变形，变形硬化效应较小。
然而，当晶粒取向不均匀时，晶粒间的阻碍力增大，材料塑性变形受到限制，变形硬化效应明显增强。
二、纳米级晶粒对变形硬化行为的影响分析纳米级晶粒是指晶粒尺寸在纳米级别的晶体结构。
与微米级晶粒相比，纳米级晶粒具有更高的位错密度和界面密度，表面能和界面应变对材料性能的影响更加显著。
在纳米级晶粒材料中，晶界面的能量和运动受限制，阻碍了位错的移动和滑移。
因此，在受力作用下，纳米级晶粒材料表现出更高的硬度和强度，以及更好的耐磨性和抗腐蚀性。
这是由于纳米级晶粒的高位错密度导致了更多的位错发生，从而增强了材料的变形硬化效果。
此外，纳米级晶粒材料的晶粒尺寸较小，晶粒间的界面能量更高，进一步限制了晶粒的成长和滑移。
因此，纳米级晶粒材料具有更优异的塑性变形能力和更高的极限变形程度。
三、结论综上所述，材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系密切相关。
晶粒取向不均匀会增加晶界间的阻碍力，从而增强材料的变形硬化效应。
而纳米级晶粒材料由于其高位错密度和界面能量的特点，展现出更高的硬度、强度和抗腐蚀性等优良性能。
因此，为了提高材料的机械性能和耐用性，我们应关注材料的晶粒取向情况，并通过控制晶界的取向或制备纳米级晶粒材料来优化材料的变形硬化行为。
通过以上对材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系的分析，可以帮助我们更好地理解和利用材料的力学性能，并为材料设计和制备提供参考和指导。
Zr_(85)Cu_(15)非晶晶化过程中结构演变及晶化后压缩行为的模拟
Zr_(85)Cu_(15)非晶晶化过程中结构演变及晶化后压缩行为的模拟非晶合金是一种新型合金材料,具有许多优异的物理和力学性能,但是其室温塑性变形能力较差。
研究发现通过在非晶合金基体上形核或者嵌入第二相粒子来实现植入纳米晶颗粒是提高其塑性的有效方法。
本文中,我们利用分子动力学模拟对Zr<sub>85</sub>Cu<sub>15</sub>非晶合金的晶化过程及其晶化后在室温下的力学性能进行了深入探究。
Zr<sub>85</sub>Cu<sub>15</sub>非晶合金的晶化过程研究中,对300K下分别弛豫500ps和2000ps的非晶构型进行等温加热处理,发现其TTT曲线形状分别为双C曲线和单C曲线。
主要原因为随着弛豫时间的增加,Cu-Cu的双体分布函数第二峰变化明显,即Cu-Cu次近邻关系在不同弛豫时间发生明显变化。
由配位数研究发现以Cu为中心的团簇结构配位数降低,即Cu为中心的团簇结构变得松散。
对Zr<sub>85</sub>Cu<sub>15</sub>非晶合金进行等温退火加热、退火冷却处理及退火后室温弛豫过程中各个构型进行结构分析发现:等温加热与冷却过程中都生成了体心立方结构的晶化相。
随着晶化过程的持续进行,Cu原子和Zr 原子周围的配位数变化趋势不同,前者平均配位数降低,后者平均配位数增大。
由键对分析可知随着晶化过程的进行,非晶中主要存在的五重对称结构分别转化为体心立方结构的1441和1661键对,1441键对的增加导致Cu原子周围的平均配位数降低,1661键对的增加是Zr原子周围的平均配位数增加的主要原因。
不同晶化体积分数（Vcrys）的Zr<sub>85</sub>Cu<sub>15</sub>非晶薄板在每个应变速率下进行压缩测试的结果表明,随着应变速率增加,更多的剪切转变区同时启动;而且局域应变的分布朝压缩端靠近。
Cu-Zr非晶合金的变形行为及其结构起源模拟研究
Cu-Zr非晶合金的变形行为及其结构起源模拟研究非晶合金的微观结构不均匀性被认为是其塑性形变和弛豫的结构起源,对改善非晶合金的塑性起到关键作用。
当非晶合金变形温度远低于玻璃转变温度T<sub>g</sub>时（如室温下）,非晶合金的塑性流变表现出高度的应变局域化特征,因此,对非晶合金的微观结构进行调控,研究其结构和力学性能的相关性,成为了非晶合金研究的热点之一。
本文通过分子动力学模拟方法,研究了CuZr非晶合金不同温度下的熔体结构特征,并根据熔体团簇结构的不对称性,提出原子团簇键长偏差参数研究了低温下非晶合金塑性变形的结构起源;探讨了单相非晶合金塑性变形时,应变局域化的结构因素及纳米相分离两相非晶合金变形行为的机理。
论文的主要研究内容与结果概括如下:（1）模拟了Cu<sub>64</sub>Zr<sub>36</sub>、Cu<sub>50</sub>Zr<sub>50</sub>和Cu<sub>36</sub>Zr<sub>64</sub>三种成分的熔体短程序结构随温度的变化情况。
随着熔体温度升高,从偶分布函数的第一峰峰值、半高宽及第一近邻原子的平均键长上看,熔体结构趋于膨胀。
而偶分布函数的第一峰峰位r1则随温度的升高向左偏移,通过分析半高宽位置rB/rA值来反映这种熔体结构键长的不对称性,rB/rA值随温度的升高而增大,说明原子结构的不对称性增大,其本征原因是CuZr体系作用势的非简谐性造成的。
多面体的变化与rB/rA值随温度变化相对应,随着温度的降低,结构的对称性增强,rB/rA值下降,Cu<sub>64</sub>Zr<sub>36</sub>体系的对称性随温度变化最明显,特别是在温度低于1200 K左右,具有比较小的键长偏差、较对称的团簇结构的比例明显升高,一定程度上也促使了rB/rA值较快降低。
《尺寸效应及纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为影响的研究》范文
《尺寸效应及纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为影响的研究》篇一一、引言在材料科学领域，非晶合金以其独特的结构和物理性质引起了广泛的关注。
特别是ZrCu非晶合金，因其高强度、良好的耐腐蚀性和优异的软磁性能，在众多领域有着广泛的应用。
然而，非晶合金的变形行为受多种因素影响，其中尺寸效应及纳米晶的引入是两个关键因素。
本文将针对ZrCu非晶合金的尺寸效应及纳米晶对其变形行为的影响进行深入研究。
二、ZrCu非晶合金的尺寸效应尺寸效应是指材料尺寸对其力学性能的影响。
在ZrCu非晶合金中，尺寸的微小变化可能导致其变形行为的显著差异。
研究表明，随着非晶合金尺寸的减小，其变形机制会发生改变。
小尺寸的ZrCu非晶合金更容易发生剪切转变，而大尺寸合金则更倾向于发生均匀的塑性流动。
这主要是由于小尺寸材料表面效应和内部应力的影响更为显著。
三、纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为的影响纳米晶的引入会显著改变ZrCu非晶合金的微观结构，进而影响其变形行为。
纳米晶的存在能够提供更多的滑移系统和能量屏障，使得非晶合金在变形过程中发生更多的位错活动和应力集中。
这些变化导致非晶合金的塑性变形能力得到提高，同时增强了其抵抗断裂的能力。
此外，纳米晶还能有效阻碍非晶相中的剪切带扩展，从而提高材料的韧性。
四、实验方法与结果为了深入研究尺寸效应及纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为的影响，我们采用了一系列实验方法。
包括制备不同尺寸的ZrCu 非晶合金样品，通过拉伸试验、透射电子显微镜观察和X射线衍射分析等方法，对样品的力学性能、微观结构和变形行为进行了系统研究。
实验结果显示，随着ZrCu非晶合金尺寸的减小，其屈服强度和塑性均有所提高。
纳米晶的引入进一步提高了合金的强度和塑性。
透射电子显微镜观察发现，纳米晶在变形过程中能够有效阻碍剪切带的扩展，从而增强材料的韧性。
X射线衍射分析则揭示了纳米晶对非晶相结构的微妙影响。
五、讨论与结论通过上述实验结果，我们可以得出以下结论：1. 尺寸效应对ZrCu非晶合金的变形行为具有显著影响。
非晶材料压缩变形中纳米晶化现象的分子动力学模拟
非晶材料压缩变形中纳米晶化现象的分子动力学模拟
王宇;王秀喜;王海龙
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】2006(42)10
【摘要】利用分子动力学方法对非晶纯镍材料压缩变形过程中纳米晶化现象进行了模拟,研究了非晶变形过程中绝热温升对非晶晶化的影响,结果表明,绝热温升不是导致非晶晶化的主要因素．从微观结构演化的角度考察了非晶晶化过程中晶粒的形核和长大,分析发现,应变导致非晶态金属从亚稳态结构逐渐向稳态结构转变,在系统内部的部分短程序原子团逐步合并形成小的晶核,随着应变的增加,晶核逐渐长大,形成一定尺寸的纳米晶粒．
【总页数】4页(P1071-1074)
【关键词】非晶材料;纳米晶化;压缩变形;分子动力学
【作者】王宇;王秀喜;王海龙
【作者单位】中国科学技术大学力学和机械工程系中国科学院材料行为和设计重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O03;O04
【相关文献】
1.Fe75Cr1
2.5Mo12.5合金非晶/纳米晶化过程的分子动力学模拟 [J], 张光磊;赵媛媛;付华;秦国强;冯文杰
2.Ag-Cu共晶合金非晶转变及晶化的分子动力学模拟 [J], 黄维;梁工英;;
3.含有{111}织构的纳米孪晶多晶铜在拉伸变形过程中塑性各向异性机制的分子动力学模拟 [J], 张艳秋;江树勇
4.基于分子动力学模拟的铜锆晶体/非晶双相纳米复合材料力学行为 [J], 李卫卫;宋海洋;安敏荣;汉芮岐;马佳丽
5.非晶Cu在晶化过程中的分子动力学模拟 [J], 王荣山;侯怀宇;陈国良
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《尺寸效应及纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为影响的研究》
《尺寸效应及纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为影响的研究》篇一一、引言在材料科学领域，非晶合金由于其独特的结构和物理性能而备受关注。
ZrCu非晶合金作为一种重要的非晶合金材料，其变形行为和机械性能一直是研究的热点。
然而，对于ZrCu非晶合金在尺寸效应及纳米晶对其变形行为的影响方面，仍存在许多未知和争议。
本文旨在探讨尺寸效应及纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为的影响，以推动该领域的研究进展。
二、文献综述（一）ZrCu非晶合金简介ZrCu非晶合金是一种具有高强度、高硬度、高耐腐蚀性和良好软磁性能的材料。
其独特的非晶结构使得该合金在许多领域具有广泛的应用前景。
然而，由于其脆性和较低的塑性变形能力，限制了其在实际应用中的发挥。
（二）尺寸效应对非晶合金变形行为的影响尺寸效应是指材料尺寸对其力学性能的影响。
对于非晶合金而言，尺寸效应对其变形行为具有显著影响。
较小尺寸的非晶合金往往表现出较高的强度和硬度，但塑性变形能力较差。
而较大尺寸的非晶合金则可能表现出更好的塑性变形能力。
因此，研究尺寸效应对ZrCu非晶合金变形行为的影响，有助于深入理解其力学性能。
（三）纳米晶对非晶合金变形行为的影响纳米晶是指尺寸在纳米级别的晶体。
纳米晶的引入可以改善非晶合金的力学性能，提高其塑性变形能力。
纳米晶与非晶基体的界面相互作用、纳米晶的强化效应等都会对非晶合金的变形行为产生影响。
因此，研究纳米晶对ZrCu非晶合金变形行为的影响，有助于揭示其强化机制和塑性变形机制。
三、研究内容（一）实验材料与方法本实验选用不同尺寸的ZrCu非晶合金试样，通过引入纳米晶制备出含纳米晶的ZrCu非晶合金试样。
采用X射线衍射、透射电镜等手段对试样进行表征，并利用拉伸试验机对试样进行拉伸测试，观察其变形行为。
（二）尺寸效应对ZrCu非晶合金变形行为的影响实验结果表明，随着ZrCu非晶合金试样尺寸的减小，其强度和硬度逐渐提高，而塑性变形能力逐渐降低。
这主要是由于尺寸效应导致的应力集中和裂纹扩展等现象所致。
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Material Sciences 材料科学, 2014, 4, 225-232Published Online November 2014 in Hans. /journal/ms/10.12677/ms.2014.46032The Effect of Nanocrystals on the PlasticDeformation Ability of CuZr-Based BMGLincai Zhang1,2, Zhenya Song3, Xiaodong Guo1, Yanhua Hou11Jiangsu Provincial Key Laboratory for Interventinal Medical Devices, Huai’an2State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an3Shaoxing University, ShaoxingEmail: vicande@Received: Sep. 30th, 2014; revised: Oct. 15th, 2014; accepted: Oct. 30th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractThe CuZr-based fully amorphous alloy and composites containing in-situ nanocrystals with large size were prepared. Without the influence of specimen geometry, their mechanical behaviors un-der compression were systematically studied and compared, confirming the important role of in- situ nanocrystals on the plastic deformation ability. At the same time, the coexistence of free vo-lume and small nanocrystals can efficiently enhance the plastic deformation ability, providing a useful guideline for large plasticity in BMG composites with nanocrystalline prepared from fully amorphous alloy.KeywordsNanocrystals, Free Volume, Mechanical Behaviors, Fracture Morphology纳米晶对CuZr基非晶合金变形行为的影响张临财1,2，宋振亚3，郭啸栋1，侯彦华11江苏省介入医疗器械研究重点实验室，淮安2西安交通大学，金属材料强度国家重点实验室，西安3绍兴文理学院，绍兴Email: vicande@收稿日期：2014年9月30日；修回日期：2014年10月15日；录用日期：2014年10月30日摘要本文制备了较大尺寸的CuZr基完全非晶合金以及含有原位析出纳米晶组织的非晶复合材料，在排除试样几何尺寸影响的基础上，研究了上述两种材料在压缩加载下的变形行为，证实了原位析出纳米晶对CuZr 基非晶合金的塑性变形能力具有重要作用。
同时提出了自由体积和细小纳米晶的共同存在可以有效的提高非晶合金的塑性变形能力，为从非晶合金中制备具有良好塑性的纳米晶非晶复合材料的韧化提供了思路。
关键词纳米晶，自由体积，变形行为，断口形貌1. 引言非晶合金的独特性能和应用前景得到了广泛的关注。
研究者们相继开发了一系列高强度的Cu基大块非晶合金体系[1]-[4]，这些Cu基大块非晶合金具有很高的屈服强度，同时也有着很好的塑性，是目前大块非晶合金研究的一个热点。
最近许多研究报道发现一些非晶合金体系具有大的塑性断裂应变，某些情况甚至有大于50%的压缩塑性应变，其中Cu-Zr基块体非晶如Cu50Zr50[5]，Cu47.5Zr47.5Al5[6] [7]，Zr65Al7.5Cu27.5[8]。
这些CuZr基非晶合金表现出与传统完全非晶合金迥异的力学性能。
如含有纳米晶的Cu50Zr50非晶合金的室温压缩塑性超过50% [5]，Cu47.5Zr47.5Al5非晶合金的塑性变形也达到18%，并且变形过程中伴随着“加工硬化”。
同时，Lee等人[9]也发现Cu50Zr43Al7非晶合金具有大的压缩塑性，认为变形过程中导致的纳米晶化是主要原因，并提出了激活能的概念来衡量纳米晶化的难易。
与此同时，Kumar [10]也进一步研究了CuZr基非晶合金的压缩变形能力及其变形机制，发现纳米晶化是这些CuZr基非晶合金具有大塑性应变的原因。
可见，究竟是变形导致的纳米晶化[9] [10]还是原位生成的纳米晶[5]-[8]是CuZr基非晶合金具有大塑性的主要原因，目前尚存在争议。
很明显，尽管目前这些细小纳米晶提高塑性的作用机制尚存在争论，但可确定是这些细小纳米晶提高了材料的塑性。
然而最近的报道表明，非晶合金的宏观试样的室温压缩塑性具有“越小越软”的趋势[11]。
不幸的是，所有上述报道的CuZr基非晶的压缩试样尺寸都不大于2 mm，因此就不能排除试样尺寸对非晶合金的影响。
这就迫切需要澄清上述多种因素对于CuZr基非晶合金塑性变形能力的影响，为获得大塑性的非晶合金提供思路。
2. 实验材料和方法实验所需的Zr，Cu，Al等均来自北京翠柏林公司，其原料纯度都在99.9%以上。
本实验用的成分(原子百分比)主要为Cu46Zr47Al7，铜模吸铸法分别制备直径3，3.5，4 mm的圆柱形试样。
室温单向压缩在MTS 810实验机上进行，应变速率为2 × 10−4s−1，每组试样至少有3件，压缩试样的尺寸按高径比2:1进行加工。
本次实验XRD分析选用的机型为D/MAX-YA型，Cu/Kα靶，电压45 KV，电流80 mA，扫描角度20˚~80˚。
场发射高分辨电镜(HRTEM)的型号为JEM2100 F，利用双喷减薄的方法制备透射试样。
双喷所选用的腐蚀液是甲醇和硝酸的混合溶液，浓度配比为4:1。
双喷时，严格控制实验条件，并使试样的温度维持在−40℃以下。
采用JSM-6700 F型扫描电子显微镜进行断口观察。
退火处理为把铸态直径3.5 mm试样封装到真空(小于6 × 10−3Pa)石英管中在673 K，保温15分钟后空冷。
本次实验的差热分析在法国SETATAM公司的Labsys TG/DSC上进行，测试升温速率为0.33 K/s。
3. 结果与讨论3.1. 非晶样品的组织确定如图1所示，所有尺寸和退火后的试样的XRD曲线均呈现很宽的慢散射峰而没有出现任何尖锐的晶化峰，这是非晶态合金典型的XRD衍射特征。
然而要注意的是，由于XRD的精度较低，如果非晶合金中晶态析出相的尺寸在几个纳米以下，特别是析出量也很少时，普通的XRD很难检测到这样的结构变化[12]，因此需要进一步的结构观察。
图2给出了不同直径柱状试样的TEM明场相和相应的选区衍射图。
对于3 mm的试样，高分辨相表Figure 1. XRD patterns of rod samples with different diameters图1. 不同直径柱状试样的XRD图Figure 2.HRTEM images and the corresponding SAD patterns of rod samples with different diameters; (a) Φ3 mm; (b) Φ3.5 mm; (c) Φ4 mm; (d) SAED patterns of Φ4 mm图2. 不同直径试样的高分辨(HRTEM)图片和相应的选区衍射；(a) Φ3 mm；(b) Φ3.5 mm；(c) Φ4 mm；(d) Φ4m试样的选区衍射(SAED)现出很均匀的结构，没有任何纳米晶、相分离等结构的出现，相应的选区衍射也证实了其完全非晶的组织结构，如图2(a)所示。
对于3.5 mm的试样，在高分辨相上可以观察到有3~5 nm的纳米晶粒的析出，选区衍射也出现了相应的纳米晶环，如图2(b)所示。
对于4 mm的试样，可以明显的看到有许多晶粒的析出，高分辨相说明这些晶粒的尺寸已经在20 nm以上，如图2(c)所示。
通过对选区衍射斑点的标定，可以得知，析出的晶体相为B2结构的CuZr相，晶格常数为0.3254 nm，如图2(d)。
需要注意的是，3.5 mm 的退火试样并没有发现其组织结构与铸态有明显不同，其高分辨图与铸态试样类似，在此没有给出。
这说明退火处理并没有改变合金的非晶本质。
通过对晶化之前结构弛豫放热峰的积分可以间接得到样品内部自由体积的含量。
对于同一成分的非晶态合金，非晶合金中的自由体积变化与DSC上第一个放热峰面积之间存在着一定的关系[13]。
通过对比退火前后的试样，如图3所示，可以明显的发现，其自由体积有显著的不同，其中退火试样中，几乎没有任何自由体积的存在。
上述的结果表明，退火处理只改变了非晶合金的自由体积含量，而对其非晶结构没有影响。
3.2. 非晶样品的压缩变形图4给出了不同直径的Cu46Zr47Al7非晶合金在2 × 10−4的应变速率进行室温当单轴压缩试验的工程应力应变曲线。
Φ3 mm的完全非晶试样表现出有限的塑性，这与传统的非晶合金的压缩塑性是类似的。
值得注意的是，Φ3.5 mm的样品表现出明显塑性变形，其塑性应变量达到13.6%。
在如此大的尺寸展现出如此大的塑性，这是以往的报道所不曾有的。
然而，经过退火处理后，其塑性急剧降低至1%，如图3所示，说明自由体积严重影响了非晶合金的变形行为。
与此同时，随着试样尺寸的增大，Φ4 mm样品的塑性应变急剧减少至1%。
并且我们发现含有纳米晶的Φ3.5 mm的样品具有最高的屈服强度为1930 MPa，而Φ4 mm样品的屈服强度就已经下降到1841 MPa，与Φ3 mm完全非晶的屈服强度1796 MPa相差不大。