377 / 2021-06-13 10:30:20

块体金属玻璃在原子尺度的连续塑性流动研究

金属玻璃的宏观室温塑性变形体现为非均匀变形，大部分的塑性应变高度局域于纳米尺度的剪切带中，然而对于在剪切带形成之前，金属玻璃内部的原子流动特性及结构演变的认识至今仍相当缺乏，需要更多的实验研究来揭示金属玻璃在原子尺度的塑性形变行为和。但是由于纳米级尺寸的块体金属玻璃样品制备工艺的限制，对金属玻璃在原子尺度的塑性变形行为的研究非常困难。本工作基于热塑压印成型技术，在Pt基块体金属玻璃上获得粗糙度为0.06nm的原子级平整表面，通过AFM纳米压痕技术在样品表面实现亚纳米到纳米尺度的压入过程，揭示了块体金属玻璃在原子尺度的屈服应力和原子级塑性流动机理。实验发现随针尖半径从7.5 μm减小至5 nm，材料的剪切屈服应力从1/16 G（G为剪切模量）增加至1/4 G左右，尤其是针尖半径为5nm下的屈服应力甚至超过了材料的理论最大屈服应力（1/5 G），这主要归因于在微米尺度下，金属玻璃的塑性变形主要通过原子团簇的重组，进而演化为剪切带的过程；而在纳米尺度下金属玻璃的变形受限于受应力体积，剪切带的形核和激活受到抑制，导致金属玻璃的应变软化特性被抑制，提高了材料的屈服流变应力。该工作为解决金属玻璃在纳米制造中的面临的微观变形问题提供了理论依据。