责编晓丹

图片来源：非晶中国大数据库

在合金凝固过程中，利用高冷却速率和大过冷度抑制均匀和非均匀形核，使冷却下来的固态金属保留液态金属的结构特征，形成非晶态合金(MGs)。三维尺度最小尺寸超过1mm的MGs称为块体金属玻璃(BMG)。相对于晶体材料内部原子长程有序排列，MGs原子排列呈现长程无序、短程有序的结构特征，不存在晶体材料中的位错和晶界等结构缺陷，因而具有高强度、高弹性、高断裂韧性等优异的力学性能，在航空、航天、医学以及国防等领域有广阔的应用前景。

东北大学冶金学院材料电磁过程研究教育部重点实验室贾鹏等研究了块体非晶合金Zr61Cu25Al12Ti2(ZT1)和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(Vit)过冷液相区的压缩变形性能及其流变行为，并基于自由体积模型讨论了MGs原子尺度结构与宏观流变性能之间的关系。相关研究成果于年6月在《金属学报》第58卷第6期中发表。

研究人员选用Zr、Cu、Ni、Al和Ti纯金属原料配制ZT1和Vit合金。采用真空电弧炉熔炼合金锭，为保证铸锭内部成分均匀，在Ar气保护下至少重熔4次，铜模浇铸制备非晶板材。研究显示，ZT1和Vit非晶态合金试样XRD谱上只有宽的漫散射衍射峰，没有尖锐的晶体峰出现，并且TEM观察也没有发现纳米晶存在，表明待测试样为完全非晶结构；由DSC曲线可知，ZT1和Vit非晶态合金的Tg和Tx分别为和K、和K；2个合金的过冷液相区宽度(ΔT=Tx-Tg)均为70K。当高于Tx温度时，ZT1合金发生两步晶化反应而Vit合金发生一步晶化反应，晶化类型的变化表明Ni添加后，合金从过冷液体向晶体转变时，过冷液相体内部团簇类型不同，因此对应不同晶化动力学过程（图1）。在和K下，应变速率对ZT1和Vit合金过冷液相区塑性变形的影响。随着应变速率增加，ZT1和Vit合金流变应力逐渐增加，在应变速率为1×10-3s-1时，2个合金的变形模式由均匀变形转变到非均匀变形（图2）。在高温和低应变速率时，流变应力随应变速率增大呈线性快速增长趋势；而在低温或者高应变速率时，流变应力随应变速率的关系偏离Newtonian流变的线性关系，流变应力增加速率变缓（图3）。ZT1合金在~K、应变速率小于3×10-3s-1区间，Vit合金在~K、应变速率小于1×10-3s-1区间，黏度不随着应变速率的增加而变化，对应稳定的New‐tonian流变（图4）。MGs的流变模式受到温度及应变速率的影响，随温度升高，Newtonian流变逐渐向高应变速率范围迁移，这给非晶合金的热塑性加工提供了更宽的加工速率窗口。相比之下，ZT1合金的非Newtonian与Newtonian流变界限的斜率比Vit合金更大，表明其黏度对温度具有更大依赖性，在塑性成型的过程中对成型工艺提出了更高的要求（图5）。本工作中，采用相同的测试方法对比Vit和ZT1合金黏度随温度的变化关系，前者具有更大的D*，即黏度随温度变化更缓慢，因此具有更高的结构稳定性，这与该合金具有更小的激活体积和更高的玻璃转变温度一致。综合合金玻璃转变温度和脆度系数，指出在过冷液相区Vit比ZT1具有更高的稳定性和更好的可加工性。

该项工作得到了国家自然科学基金项目的支持。