[发明专利]非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测量方法及应用

说明书

本发明提供了一种非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测算方法，所述方法包括：测量非晶合金的直径和计量长度，通过对所述非晶合金进行扭转实验采集扭矩‑转角曲线，将所述扭矩‑转角曲线转化为表面剪切应力‑表面剪切应变曲线，通过所述扭矩‑转角曲线和表面剪切应力‑表面剪切应变曲线获得所述非晶合金式样表面层的剪切模量和层厚。还提供了其应用。所述方法和模型具有普适性，也适用于获得具有“核‑壳”复合结构的圆柱形试样的表面层的剪切模量和层厚。该方法实施过程简捷，对试样形状和试验机条件要求简单。这为研究非晶合金表面性质以及其影响提供了一种简捷的新方法，可以极大促进对非晶合金物理本质理解，以及其力学行为的研究和调控。

技术领域

本发明属于非晶合金领域，具体涉及一种非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测量方法。

背景技术

非晶合金，通过快速熔融高温金属液体所制得。冷却过程中的高冷却速率使得液体中的原子来不及排列成有序晶格结构，而是像玻璃的结构一样无序排列，所以非晶合金又被成为金属玻璃。结合金属键和玻璃结构的特性，非晶合金展现出优异的力学性能，例如高强度、高硬度、高弹性和高耐磨性等，极具工程应用价值。但也是由于其无序的结构，非晶合金的力学形变机理仍然未被研究清楚，其宏观力学性能调控以及与微观结构的关联性均是研究难点。

对于金属材料，其表面质量和性能对其工程中的力学行为具有极其重要的影响，例如金属的表面的质量对其疲劳寿命有决定性的作用。对于非晶合金，通过激光或者喷丸对其表面处理，可以大大提高其塑性能力。近年来研究发现，类似于聚合物玻璃，非晶合金表面层表现出与内部不同的性质：其表面层在动力学上更快，在性质、行为和结构上类似于液体。非晶合金这种类液表面层必然也会对其性能产生影响，且随着尺寸减小，其影响也会更加显著。然而，由于缺少相应的技术和方法，非晶合金的这种类液的表面层的力学性能，厚度或者影响范围，以及其如何影响非晶合金的力学行为还未被研究清楚，也很少有相关的报道。

在非晶合金的各项力学参数中，剪切模量是极其重要的一个。非晶合金的剪切模量与其结构，内部能量状态，以及塑性能力都密切相关。因此，本发明提出了一种获得非晶合金表面层剪切模量以及层厚的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测量方法及应用。

在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“类液表层”是指：非晶合金的表面层，在性质、行为、结构上类似于液体。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测算方法，所述方法包括：测量非晶合金的直径和计量长度，通过对所述非晶合金进行扭转实验采集扭矩-转角曲线，将所述扭矩-转角曲线转化为表面剪切应力-表面剪切应变曲线，通过所述扭矩-转角曲线和表面剪切应力-表面剪切应变曲线获得所述非晶合金式样表面层的剪切模量和层厚。

根据本发明第一方面的方法，其中，所述非晶合金的形状为圆柱形：

根据本发明第一方面的方法，其中，所述非晶合金具有类液表层。

根据本发明第一方面的方法，其中，所述非晶合金具有核-壳复合结构。

根据本发明第一方面的方法，其中，所述扭矩-转角曲线具有明显转折点。

根据本发明第一方面的方法，其中，所述非晶合金的直径为10μm-2000μm，优选为10μm-200μm，更优选为不大于50μm。

根据本发明第一方面的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

(1)测量非晶合金试样的直径D和计量长度L；

(2)对非晶合金试样进行单轴扭转实验，加载试样至断裂，得到扭矩T-转角曲线；