·1516· 北京科技大学学报 第36卷 25m·s1.其中A试样表示圆口喷嘴非真空条件制 体上，即纳米晶与非晶的复合组织，C合金带晶化接 备；B试样表示扁口喷嘴非真空条件制备：C试样表 近完全，纳米晶粒尺寸20~40nm之间. 示扁口喷嘴真空条件制备.快淬带晶化相主要是 A圆门喷嘴非直空 a-Fe(Si)固溶体.固定辊速为25m·s-,圆口喷嘴 (内径0.5mm)非真空条件制备的快淬带的晶化程 总品昌 B一扁门喷嘴非直空 25m/ 度最低，主要因为喷嘴小，相同时间内熔液流出量 少，相当于冷却速度提高；扁口喷嘴(0.25mm× 10mm)非真空条件制备的快淬带晶化度提高， (OZZ) (200)晶面的衍射峰增强；喷射压差由之前的25kPa 提高到65kPa,扁口喷嘴真空条件下制备的快淬带 晶化度最高，(220)面的衍射峰明显增强，而且出现 20 40 0 80 100 29y 了新的衍射峰(110)、(211)和(220).图3为B和 图2辊速为25m's'的A、B和C快淬带的X射线衍射谱 C合金带的透射电镜(TEM)明场像，可见B合金带 Fig.2 XRD patterns of A.B and C ribbons melt-spun at 25 ms 中尺寸为10~20nm的纳米晶粒均匀分布在非晶基 50 nm 50n 图3快淬带透射电镜明场像.(a)B合金带：(b)C合金带 Fig.3 TEM bright field images of the ribbons:(a)Sample B:(b)Sample C 2.3快淬带的断口形貌 时释放的能量，表现在断口形貌上就是孔洞的直径 图4为25ms1辊速圆口喷嘴非真空条件制备 增大和雾状区的形成：在断裂过程的最后，随着能量 的快淬带A的断口形貌.图4(a)是整体形貌，可见 的充分释放，显微孔洞在弹性波作用下，彼此相互融 整个断口大致分为三个区：镜面区(I区)、雾状区 合，形成了条带状的周期性褶皱. (Ⅱ区)和周期性褶皱（Ⅲ区），且裂纹是以I区为中 图5为25m·s辊速扁口喷嘴非真空条件制 心呈放射状发散的.I区和Ⅱ区的放大形貌如 备的快淬带B的断口形貌.图5(a)是整体形貌， 图4(b)所示，断口表面分布着直径为70~110m 整个断面可分为两个部分：周期性褶皱（Ⅲ区）和 的显微孔洞，且形状不规则.周期性褶皱如图4(c) 河流状花样(V区).图5(b)是Ⅲ区周期性褶皱的 所示，表面成丘陵状起伏，条纹之间的间距入=50~ 放大图，图5(c)是V区河流状花样的放大图.这 90nm.与B试样的弧形分布的条纹状结构（见 种类型的断口在很多脆性非晶断面上都能观察 图5)不同的是，该条纹状结构是平行分布的，条纹 到，目前大家比较认可的理论是动态裂纹扩展理 的方向与裂纹的传播方向垂直，该区域很不平整，主 论四.该理论认为，动态裂纹扩展过程中，断裂能 要是因为该试样韧性较好，折断时使用了较大的力， 以断裂面表面能和沿着断裂面形成弹性波的形式 使得断口附近应力状态较复杂.整个断裂过程可描 释放，弹性波可以与裂纹尖端的应力场相干涉，在 述如下：首先，动态裂纹在镜面区起源，产生的弹性 断裂面上形成复杂的微观形貌，主要是微观尺度 波与裂纹尖端的应力场相干涉，使生成的显微孔洞 的瓦纳线、纳米孔洞、河流状花样、一些周期性的 有规律的排列起来，以降低材料断裂时释放的能量； 褶皱等.Shen等na在压缩变形的Ni基非晶断口 随着弹性波沿断裂面传播，它的速度越来越快，显微 表面观察到纳米尺度的弹性波花样.X等叨和 孔洞有规律的排列己经不足以耗散其能量，因此只 Zhang等n阁用动态裂纹扩展理论研究了非晶体断 有增加表面积，通过增加表面能的方式来吸收断裂 面的形貌，指出裂纹扩展速度的变化是产生断面北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 25 m·s － 1 ． 其中 A 试样表示圆口喷嘴非真空条件制 备; B 试样表示扁口喷嘴非真空条件制备; C 试样表 示扁口喷嘴真空条件制备． 快淬带晶化相主要是 α--Fe( Si) 固溶体． 固定辊速为 25 m·s － 1，圆口喷嘴 ( 内径 0. 5 mm) 非真空条件制备的快淬带的晶化程 度最低，主要因为喷嘴小，相同时间内熔液流出量 少，相当于冷却速度提高; 扁 口 喷 嘴 ( 0. 25 mm × 10 mm) 非真空条件制备的快淬带晶化度提高， ( 200) 晶面的衍射峰增强; 喷射压差由之前的 25 kPa 提高到 65 kPa，扁口喷嘴真空条件下制备的快淬带 晶化度最高，( 220) 面的衍射峰明显增强，而且出现 了新的衍射峰( 110) 、( 211) 和( 220) ． 图 3 为 B 和 C 合金带的透射电镜( TEM) 明场像，可见 B 合金带 中尺寸为 10 ～ 20 nm 的纳米晶粒均匀分布在非晶基 体上，即纳米晶与非晶的复合组织，C 合金带晶化接 近完全，纳米晶粒尺寸 20 ～ 40 nm 之间． 图 2 辊速为 25 m·s － 1的 A、B 和 C 快淬带的 X 射线衍射谱 Fig． 2 XＲD patterns of A，B and C ribbons melt-spun at 25 m·s － 1 图 3 快淬带透射电镜明场像． ( a) B 合金带; ( b) C 合金带 Fig． 3 TEM bright field images of the ribbons: ( a) Sample B; ( b) Sample C 2. 3 快淬带的断口形貌 图 4 为 25 m·s － 1辊速圆口喷嘴非真空条件制备 的快淬带 A 的断口形貌． 图 4( a) 是整体形貌，可见 整个断口大致分为三个区: 镜面区( Ⅰ区) 、雾状区 ( Ⅱ区) 和周期性褶皱( Ⅲ区) ，且裂纹是以Ⅰ区为中 心呈放射状发散的． Ⅰ 区 和 Ⅱ 区的放大形貌如 图 4( b) 所示，断口表面分布着直径为 70 ～ 110 nm 的显微孔洞，且形状不规则． 周期性褶皱如图 4( c) 所示，表面成丘陵状起伏，条纹之间的间距 λ = 50 ～ 90 nm． 与 B 试样的弧形分布的条纹状结构 ( 见 图 5) 不同的是，该条纹状结构是平行分布的，条纹 的方向与裂纹的传播方向垂直，该区域很不平整，主 要是因为该试样韧性较好，折断时使用了较大的力， 使得断口附近应力状态较复杂． 整个断裂过程可描 述如下: 首先，动态裂纹在镜面区起源，产生的弹性 波与裂纹尖端的应力场相干涉，使生成的显微孔洞 有规律的排列起来，以降低材料断裂时释放的能量; 随着弹性波沿断裂面传播，它的速度越来越快，显微 孔洞有规律的排列已经不足以耗散其能量，因此只 有增加表面积，通过增加表面能的方式来吸收断裂 时释放的能量，表现在断口形貌上就是孔洞的直径 增大和雾状区的形成; 在断裂过程的最后，随着能量 的充分释放，显微孔洞在弹性波作用下，彼此相互融 合，形成了条带状的周期性褶皱． 图 5 为 25 m·s － 1辊速扁口喷嘴非真空条件制 备的快淬带 B 的断口形貌． 图 5 ( a) 是整体形貌， 整个断面可分为两个部分: 周期性褶皱( Ⅲ区) 和 河流状花样( Ⅳ区) ． 图 5( b) 是Ⅲ区周期性褶皱的 放大图，图 5( c) 是Ⅳ区河流状花样的放大图． 这 种类型的断口在很多脆性非晶断面上都能观察 到，目前大家比较认可的理论是动态裂纹扩展理 论［11］． 该理论认为，动态裂纹扩展过程中，断裂能 以断裂面表面能和沿着断裂面形成弹性波的形式 释放，弹性波可以与裂纹尖端的应力场相干涉，在 断裂面上形成复杂的微观形貌，主要是微观尺度 的瓦纳线、纳米孔洞、河流状花样、一些周期性的 褶皱等． Shen 等［16］在压缩变形的 Ni 基非晶断口 表面观察到纳米尺度的弹性波花样． Xi 等［17］和 Zhang 等［18］用动态裂纹扩展理论研究了非晶体断 面的形貌，指出裂纹扩展速度的变化是产生断面 · 6151 ·