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金属玻璃是近年来越来越受欢迎的一种新型材料，金属玻璃具有卓越的性能，如超强的强度、高硬度和良好的耐磨性。金属玻璃的优异性能可归因于快速冷却技术，使无序的原子结构得以保存。它们是一种新兴的工程材料，具有广泛的应用潜力，包括精密部件，国防设备，体育用品。然而，有限的玻璃成形能力和固有的脆性严重限制了实际工程应用。迄今为止，优异的玻璃形成能力仅在少数金属玻璃系统中发现，并且大多数是贵金属基的。幸运的是，除了贵金属基金属玻璃外，低成本的Zr基金属玻璃也表现出优异的玻璃形成能力和性能。这些合金为那些寻求金属玻璃优势的研究人员避免了通常与贵金属基材料相关的高成本。因此，Zr基金属玻璃在广泛的应用中越来越受欢迎，为传统金属材料提供了一个有吸引力的替代品。
在实际应用中，部件经常遭受频繁的摩擦和高温条件。鉴于Zr基金属玻璃具有巨大的应用潜力，研究其温度依赖性磨损行为和机理至关重要。迄今为止，人们对Zr基金属玻璃的温度磨损行为进行了大量研究。结果表明，弛豫态试样具有最佳的耐磨性，随着退火温度的升高，磨损率逐渐降低，硬度对磨损率起决定作用。表面氧化物的形成带来了硬度的大幅提高，与铸造样品相比，硬度增加了两倍。当有效温度为玻璃转变温度的0.9倍时，样品的耐磨性最好。尽管许多研究报道了Zr基金属玻璃的温度依赖性摩擦学行为，但大多数研究都是在低于玻璃转变温度的预处理后在室温下进行的。只有少数研究探讨了实时高温条件对Zr基金属玻璃摩擦学行为的影响。
基于此，深圳大学的马将教授团队研究了Zr35Ti30Be26.75Cu8.25金属玻璃在不同温度条件下的磨损行为和机理。考虑到潜在的恶劣应用环境，将磨损温度分别设置为室温、200°C(低于玻璃转变温度)、350°C(高于玻璃转变温度)和500°C(高于晶化温度)。结果表明随着温度的升高，磨损率逐渐增高。由于在高温下形成的氧化物的润滑作用，相应的摩擦系数从平均0.5降低到0.18。在低温和200℃下，主要的磨损机制是磨粒磨损和粘着磨损。当350℃温度高于玻璃转变温度时，该温度下的主要磨损机制为氧化磨损和以显著塑性变形为特征的磨粒磨损。当温度升高到500℃时，磨损速率最大。而此时的主要磨损机制是严重的磨粒磨损和氧化磨损。研究结果对于实际应用中金属玻璃部件的寿命预测和失效机制具有重要意义。相关论文以题为“High-temperature wear behavior of a Zr-based metallic glass”发表在Journal of Alloys and Compounds上。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838823020066
图1 (a)磨损实验示意图；金属玻璃的(b)纳米压痕、(c)XRD和(d)DSC曲线。
图2 (a-c)室温、(d-f) 200℃、(g-i) 350℃、(j-m) 500℃下Zr基金属玻璃的COF曲线、三维形貌和截面形状。
图3不同温度下Zr基金属玻璃的磨损率和COF。
图4 (a-b)室温、(c-d) 200℃下Zr基金属玻璃磨损形貌和放大倍率。
总之，作者研究了Zr35Ti30Be26.75Cu8.25金属玻璃在不同温度下的磨损行为和机理。随着温度从室温升高到500℃，金属玻璃的耐磨性逐渐降低，磨损率不断增加。同时，由于高温形成的氧化物的润滑作用，平均COF由0.45逐渐降低到0.18。在室温和200℃时，磨粒磨损和粘着磨损是主要的磨损机制。在350°C时，金属玻璃独特的超塑性主导了磨损过程。观察到的广泛的开裂和剥落表明在该温度下存在疲劳磨损。在500°C时，由于非晶态结构向晶态结构转变，磨损过程的主要磨损机制是更严重的磨粒磨损和氧化磨损。（文：Keep real）
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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