摘要
非晶合金(又称金属玻璃)是一类年轻的新型多组元合金，非晶合金因其长程无序、短程有序的原子结构特点，表现出高硬度、高强度、高比强度及高弹性极限等优异的力学性能。庞大金属元素体系之间的自由组合，也为非晶合金提供了广阔的应用前景和潜在价值。同时，元素多样性所带来的复杂性也严重阻碍了非晶合金材料的设计和开发。传统非晶合金开发的方法为“炒菜”式的方法，难以高效开发出性能优异的非晶合金。因此本文采用微掺杂和高通量的研发方法，在巨大的成分空间中筛选出力学性能优异的非晶合金。 本文采用了一种准确高效的高通量方法，可以克服材料制备困难的障碍，该方法能够快速实现一系列样品的平行制备和力学性能的高通量表征，从而实现在短时间内筛选出力学性能优异的非晶合金，提高非晶合金开发速率。本文以Zr-Ni-Cu-Al四元体系为例，在研发较少的ZrNi基非晶合金中，借助磁控溅射的方法完成了成分梯度库的制备，借助纳米压痕的方法完成了力学性能的筛选，并筛选出了力学性能优异的合金成分，并依据筛选出的成分进行宏观力学性能测试，验证了该高通量筛选具有充分的可靠性。借助高通量筛选方法在成分梯度库中筛选出了Zr42Ni44Cu12Al2合金成分样品具有最佳的综合力学性能，其硬度和拉伸强度分别为7.13GPa和1383MPa，显著优于Zr45Ni42Cu11Al2和Zr43Ni41Cu13Al3两个对比合金成分。通过改变溅射靶材和溅射参数方法可以制备更多成分体系的成分梯度库，完成更多成分体系的力学性能的筛选，提高了力学性能优异的非晶合金的开发速度，在成分开发中具有重大的意义。 此外，采用微掺杂的方法研究Ag元素的添加对Hf-Cu-Ni-Al体系非晶合金非晶形成能力和塑性的影响。通过添加与Cu和Ni具有正混合热的Ag元素，制备出了非晶形成能力达到5mm，压缩塑性达到4%，抗压强度大于2300MPa的Hf48Cu29.25Ni9.75Al12Ag1的块体非晶合金。透射电子显微镜(TEM)和能谱(EDS)的分析结果表明，该合金具有相分离的特征，即存在明显的Cu偏聚区域，并且随着Ag元素添加量的增多，第二相的含量降低。添加不同含量Ag元素的结果表明，可以发现随着Ag元素含量的增加，屈服强度降低，压缩塑性先增大后减小。
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