块体金属玻璃在纳米磨损下的加工硬化行为研究

作     者：张安 刘凌志 古泽芳 赵凡 赖建平 胡海龙 袁卫锋 余家欣 ZHANG An;LIU Lingzhi;GU Zefang;ZHAO Fan;LAI Jianping;HU Hailong;YUAN Weifeng;YU Jiaxin

作者机构：西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室绵阳621010 西南科技大学分析测试中心绵阳621010 

基　　金：国家自然科学基金(51975492,12072300,52305218) 四川省自然科学基金(2023NSFSC0873,2024NSFSC2014) 西南科技大学研究生创新基金(24ycx2044)资助项目 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2025年第61卷第1期

页      码：265-273页

摘      要：基于热塑压印获得的原子级平整的Pt基块状金属玻璃(Pt-BMG),采用原子力显微镜(AFM)研究了块体金属玻璃在纳米磨损下的加工硬化行为。研究发现:Pt-BMG在不同循环次数的磨损表现为两个阶段,低载荷阶段(57~108 nN)的磨损率明显高于高载荷阶段(216~324 nN),这是由于低载下的磨损由表面氧化膜主导,高载下的磨损由Pt-BMG基体主导。随循环次数从1次增加至10次,Pt-BMG的磨损率呈现逐渐下降的趋势,下降的速率随次数增加而迅速减小,当循环次数从5次增加至10次过程中,Pt-BMG的磨损率几乎没有变化;通过JKR模型解耦纳米摩擦磨损中的黏着摩擦和犁耕摩擦发现,当循环次数从1次增加到5次,Pt-BMG在纳米磨损中的摩擦剪切强度由3.32 GPa迅速增加到5.20 GPa,次数进一步增加至10次时,摩擦剪切强度略有增加,为5.41 GPa,这与Pt-BMG磨损率随循环次数的变化规律吻合,证实了Pt-BMG在纳米磨损下存在加工硬化行为;Pt-BMG的加工硬化行为与应力状态、尺度密切相关,纳米尺度划痕条件下的受限应力状态促进了金属玻璃结构内原子的扩散弛豫能力,抑制了剪切局域化行为,使得结构弛豫湮灭自由体积的速率高于剪切膨胀产生自由体积的速率,导致结构致密化,从而产生块体金属玻璃纳米摩擦磨损的加工硬化现象。

主 题 词：块体金属玻璃 原子力显微镜 纳米磨损 JKR模型 加工硬化 

学科分类：08[工学] 080203[080203] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.3901/JME.2025.01.265

馆 藏 号：203157368...