北京
非晶合金因其原子排列长程无序的独特结构，兼具接近理论极限的高强度、超常弹性应变能力及优异耐蚀性能，在精密机械、航空航天等高技术领域具有广阔应用前景。然而，室温脆性始终是其工程应用的“阿喀琉斯之踵”：塑性变形高度局域于纳米尺度的剪切带，一旦启动便迅速扩展，材料随即丧失承载能力。
为克服这一局限，研究者长期致力于延缓剪切带失稳扩展、促进多重剪切带增殖。传统策略遵循一个共同的物理图像：通过超快速淬火、预变形、辐照或深低温热循环等手段，在金属玻璃中引入高密度“局域疏松区”（LLPRs）——即原子配位数较低的结构软点，作为剪切转变区的优先形核位点。然而，这种基于疏松区的增塑策略面临深刻的热力学矛盾。金属玻璃在热力学上处于亚稳态，即使在远低于玻璃转变温度下退火，结构弛豫仍不可避免，导致自由体积湮灭、疏松区消亡。这一过程虽能提升强度，却不可避免地引发脆化。在Vitreloy-1、Zr-Cu-Al等众多体系中，“强度-塑性”倒置关系被反复证实，“退火致脆”已成为领域共识与材料设计的基本约束。
那么，能否打破这一魔咒，让退火从“脆化推手”变为“增韧利器”？
北京科技大学吕昭平教授团队给出了肯定的回答。他们在Advanced Science发表最新研究成果“Annealing-Induced Plasticity and Strengthening in Metallic Glasses”，通过巧妙的化学设计，让非晶合金在退火过程中同步实现了强度和塑性的协同提升。
核心机制：用“正混合焓”播种“致密区”
传统退火会“消灭”疏松区，塑性随之丧失。而该团队另辟蹊径——利用Ni与Cu之间的正混合焓（两种元素在原子尺度上倾向于“互相排斥”），在退火过程中引导原子重新排列，在疏松区减少的同时，促进了“局域密排区”（LDPRs）的生成。
更关键的是，这些致密区并非被动障碍。原子尺度模拟揭示了一个“双载体机制”：在变形过程中，低配位数区域（疏松区）和高配位数区域（致密区）都会承载高剪切应变，成为塑性流动的“双引擎”。而且，这些新生的致密区具有更低的剪切激活能垒——它们比传统疏松区更容易被激活参与变形。致密区能主动承载塑性，这完全颠覆了“疏松区才是唯一塑性载体”的传统认知。
性能突破：强度与塑性双双跃升
经过24小时退火后，Zr60Cu20Ni15Al5合金的压缩屈服强度从1557 MPa提升至1772 MPa，同时压缩塑性应变从约10%提升至超过25%，增幅超过150%。剪切带数量密度增加了7倍，间距从60 μm缩小至7 μm，变形模式从高度局域化转向均匀化。作为对照，不含Ni的传统Zr60Cu30Al10合金在相同条件下迅速脆化。
科学意义：颠覆半个世纪的经典范式
该研究彻底打破了金属玻璃领域长达数十年的“退火必脆”思维定式。更重要的是，研究揭示了一种全新的“补偿性塑性”机制：在疏松区减少的同时，低激活能垒的致密区增殖并主动参与变形，两者形成“此消彼长”的补偿效应，共同贡献于宏观性能的提升。
这项研究表明，结构弛豫不一定是非晶合金的“宿敌”。只要找到正确的化学“钥匙”，完全可以将热处理过程中固有的原子重排转化为性能增益的驱动力。该工作为非晶合金从“被动接受脆化”迈向“主动设计强韧化”提供了全新思路。
论文第一作者为北京科技大学博士研究生张英杰和王瑾玥，通讯作者为吴渊教授、刘雄军教授和吕昭平教授。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202524294
图1Zr60Cu20Ni15Al5非晶合金在0.8Tg退火后的反常强塑性协同提升现象
图2Zr60Cu20Ni15Al5非晶合金在0.8Tg退火后的微观结构演化
图3分子动力学模拟揭示的双载体机制
图4Zr60Cu20Ni15Al5非晶合金退火前后γ弛豫的变化
本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。
近期学术会议推荐
欢迎留言，分享观点。点亮❤
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
