Sci. Rep.：铜包覆PdCuNiP金属玻璃微丝的拉伸行为

【引言】

在高度局域应变作用下，块体和微尺度的金属玻璃的塑性通过剪切带实现，然而，在受到拉力时，拉应力提高了软化和不稳定性，主剪切带发生不受阻的滑移，块体和微尺度的金属玻璃发生弹性断裂。为提高块体和微尺度的金属玻璃的拉伸韧性，已开发多种方法来阻碍主剪切带滑移，如涉及金属玻璃基复合物、激光表面织构化处理等。此外，尺寸减小方法使金属玻璃的室温塑性形变机制由剪切带转变为均匀塑性流变。然而，转变仅发生在亚微米尺度上。同时，为提高块体金属玻璃的压缩塑性，也开发出了一些方法，其中的金属包覆技术引起了作者的关注。通过此项技术，铁基金属玻璃的压缩塑性可以由0.5%增至5.0%。此外，理论研究显示薄的金属包覆减缓剪切带动力学并阻碍其达到临界不稳定状态。

【成果简介】

近日，上海大学非晶合金课题组的易军副研究员在Scientific Report上发表了题为“Tensile behavior of Cu-coated Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀ metallic glassy wire”的研究文章。该篇文章呈现了电沉积不同体积分数的Cu包覆层对Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝产生束缚，从而使其拉伸塑性增强的效果。通过SEM研究发现微丝中存在多种次级剪切带。此外，通过SEM图像显示Cu包覆MG微丝的断裂表面的图样随Cu包覆层的体积分数变化而不同。该工作中的电沉积技术为增强非晶合金整体在室温拉伸负载下的塑性提高提供了一种可行方案。

【图文导读】

图1：Cu包覆的Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的表面和横截面形貌。

(a)Cu包覆的Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝横截面的光学图像；

(b)均匀无缺陷的Cu包覆层表面的SEM图像。

图2：包覆体积分数R依次为0%、45%、70%、90%和97%，以及电沉积纯铜的Cu包覆Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的拉伸应力应变曲线。

图3：Cu包覆的Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝无预兆的剪切断裂到颈缩转变。

(a)随Cu包覆体积分数R变化的减少面积(A₀-A_f)/A₀;

(b,c,d) R依次为45%、70%、90%的Cu包覆Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的断裂形貌；

(e) R为97%的Cu包覆Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的金属玻璃芯部形貌。

图4：Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝芯部断裂表面的花样。

(a)铸态Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的断裂表面的黏性足迹；

(b)R值为45%的金属玻璃微丝芯部断裂表面的黏性足迹和凹痕；

(c,d) R为90%和97%的金属玻璃微丝芯部断裂表面的凹痕。

图5：拉伸实验用的向Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝表面电沉积Cu。

(a)电沉积装置的图示，与传统电沉积装置不同点在于连接阴极的马达可以旋转金属玻璃微丝，使得包覆层厚度均匀；

(b)Cu包覆Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的拉伸实验。

【小结】

文章研究了具有不同Cu包覆体积分数的Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀金属玻璃微丝的拉伸行为，金属玻璃芯部达到的最大拉伸延伸率为7.1%。SEM研究显示拉伸韧性由多重剪切带诱导，在R为45%时，微丝断裂由无预兆的脆性断裂转变为韧性断裂。同时，断裂表面的形貌由黏性足迹转变为凹痕状。向金属玻璃芯部施加的压力，受金属玻璃和Cu包覆层的泊松比差异影响，引发了这种韧性和转变。形变过程中产生的压力也许是调控材料强度和韧性的一种有效方式。

文献链接：Tensile behavior of Cu-coated Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀ metallic glassy wire（Sci.Rep.,2018，DOI：10.1038/s41598-018-23956-5）

本文由材料人金属材料组Isobel供稿，材料牛整理编辑。

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