Mechanics of amorphous solids

Mechanical behavior and deformation mechanism of <?A3B2 ACK?>high-strength metallic wires

“…速凝固主要依赖于较快的冷却速度或很大的过冷度。当冷速足够快或过冷度足够大时，晶体的形核与长大会受到 有效抑制，这是形成非晶合金的必要条件。自 1960 年 Duwez 等人 [58] 首次制备出 Au-Si 非晶合金条带以来，目前 已经相继问世众多玻璃形成能力强且性能优异的非晶合金体系，如 Mg 基 [59] 和 Ce 基 [60] 等非晶合金。此外，Lu 等 人 [61] 还使用传统滴铸方法制备出大尺寸的非晶钢。 这些非晶合金不仅展现出了诸如高强度、 高硬度、 高弹性极限、 高断裂韧性、剪切自锐性等优异的力学性能 [62~64] ，还展现出了如耐磨性、抗腐蚀性、良好的软磁性、储氢性能、 抗辐照性等一系列优异的物理和化学性能 [65~67] ，成为一类新型的具有巨大应用潜力的高性能工程材料 [68] 。 对于尺寸较大的非晶合金材料，全面和透彻的冷却非常困难，尤其是材料的中心区域，因此制备三维大尺寸 的非晶合金十分困难，这给非晶合金的规模生产带来了极大挑战。为了实现较大的冷却速率，非晶合金只能制备 成有限尺寸的块体或薄膜等，以保证快速散热，一维非晶合金丝材很好地满足了这一条件。由于具备类似玻璃的 热塑性加工特性，以及独特的机械和物理性能，非晶合金丝材展现出巨大的天然优势。其中，液态金属在玻璃转 变点附近的黏度变化会对非晶合金丝材的成型质量和性能产生显著影响，制备工艺与合金黏度参数的不匹配很容 易导致非晶合金丝材出现圆度不佳甚至表面划伤等问题。 1974 年，Pampillo 等人 [69] 采用熔体抽拉法成功制备出了直径约 0.30 mm 的 Pd 78 Si 16 Cu 6 非晶合金丝材，发现 该丝材的屈服强度接近 1.50 GPa，同时还具备一定的塑性。1977 年，Goto 等人 [70] 运用玻璃包覆法成功制备出了 直径约 5 μm 的 Fe 80 P 16 C 3 B 1 非晶合金丝材，发现其极限抗拉强度高达约 2.50 GPa。1981 年，Masumoto 等人 [71] 采 用回转纺丝法成功制备出直径为 0.08~0.50 mm 的 Pd-Cu-Si 非晶合金丝材，发现 Pd 的强度和塑性快速下降。类似的趋势也在其他多种非晶合金丝材的冷拔过程中被报道 [71,73] 。2012 年，Wang 等人 [52] 通过冷拉拔 Co 68.15 Fe 4.35 Si 12.25 B 15.25 非晶合金丝材至最佳的面积收缩率(约 51%)，成功将丝材的强度和塑性分别 提升至 4.32 GPa 和 4.1%。Hagiwara 等人 [73] 则选取了多种退火温度对 Fe 75 Si 10 B 15 非晶合金丝材进行热处理，并测 试了丝材强度和塑性的变化。尽管在绝大多数温度范围内，热处理会引起丝材塑性的明显劣化，但仍存在一定的 温度区间，非晶合金丝材强度和塑性会得到同步提升，如图 5(d)所示。因此，通过选择适当的冷拉拔和热处理工 艺，可以进一步提高非晶合金丝材的力学性能，获得具有最佳强度和塑性组合的非晶合金丝材。 图 5(e)，(f)展示了 Zr 50 Cu 50 非晶合金丝拉伸断口正面和侧面的扫描电子显微镜图像 [74] 。可以看到，试样断口 形貌呈现脉状花纹，且试样并未沿着最大剪应力(45°)方向断裂，而是与拉伸方向呈大约 54°的夹角，表明在材料 拉伸断裂过程中，剪应力和正应力都发挥了作用。值得一提的是，尽管非晶合金丝材的拉伸塑性较为有限，但它 能展现出良好的弯曲延展性(图 5(g)) [37] ，有些非晶合金丝 [72,73] 甚至弯折 180°不会发生断裂。在金属丝材弯曲时， 其中性面的内外两侧分别受到压应力和拉应力。随着弯曲角度的增加，拉压应力的大小也增加，且距离中性面越 远，其数值越大。因此，在非晶合金丝弯曲时，其中性面两侧都有大量剪切带出现，且弯曲的曲率半径越小，两 侧的剪切带分布越密集。 与传统合金丝材相比，非晶合金丝材具备可精确设计和控制的尺寸，以及高度的结构均匀性和表面光滑度等 优点。非晶合金丝材可以通过减小尺寸来避免大块非晶合金严重的室温脆性问题，并展现出良好的弯折能力，因 此备受人们青睐。20 世纪 80 年代中期，日本的 Unitika 公司成功制备了直径为 100 μm 的 BOLFUR ® 系列的非晶 合金丝材 [75] ，其抗拉强度可达 3.53 GPa，远高于同直径的不锈钢丝，并且在延伸率和屈服强度方面也展现出显著 优势。近年来，国内科研机构在非晶合金丝材领域不断取得进展并已初步形成产业，在航空航天、生物医疗等领 域形成了全新生产力，具有优异性能的非晶合金丝材已引起广泛的科学关注，并为非晶合金的工程和功能应用开 辟了新的道路。 图 5 多种非晶合金丝的力学性能和表面形貌. 不同(a)合金成分 [51] , (b,c)拉拔工艺 [51] 和(d)退火工艺 [73] 对非晶合金丝材力学性能的影响.…”

Probing the local structure of FLiBe melts and solidified salts by in situ high-temperature NMR

“…There has been renewed interest in the research on hightemperature molten salts over the past decades due to the significant advantage of molten salts in areas related to generation IV nuclear energy e.g., molten salt reactors (MSR), [1][2][3][4][5] concentrating solar power plants (CSP), 6,7 and other clean energy storage industries. 8,9 It is known that many multiply charged metal ions can form coordinated local structures in molten salts, which have important effects on the physical and chemical properties of the melt.…”