中科院金属所Scripta年轻化金属玻璃中焓与力学性能的解耦

　　金属玻璃作为一种新型合金，具有优良力学和物理性能，在工程实际中具有十分广阔的应用前景。一般来说，金属玻璃焓与其力学性能是息息相关的，即焓越高，塑性越大，硬度越低，反之亦然。因此可以通过改变金属玻璃的焓来调整力学性能。在结构弛豫状态下，通常通过玻璃转变温度以下的物理时效来获得处于低能态的金属玻璃(高硬度和低塑性)。另一方面，在年轻化状态下，例如经过深冷循环处理后金属玻璃能量状态得到提升，硬度降低，塑性得到提高。研究表明，金属玻璃焓和力学性能之间的耦合归因于软区或流变单元中的局部原子重排。然而目前尚不清楚在玻璃转变温度以下的温度窗口内能否实现与大规模原子重排相对应的α弛豫的激活及其对热焓和力学性能的影响。因此，当α弛豫的激活发生时，焓和力学性能之间的耦合是否仍然成立仍是一个亟待解决的问题。
　　基于此，中国科学院金属研究所李毅研究员团队通过Flash DSC探究了Au基金属玻璃焓和硬度的演化，发现了一种焓和力学性能的解耦关系。相关论文以题为＂Decoupling between enthalpy and mechanical properties in rejuvenated metallic glass＂发表在 Scripta Materialia 上。
　　论文链接：
　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646222005425
　　图1不同能量状态下金属玻璃的DSC曲线，插图为局部放大。
　　图2 年轻化样品和弛豫态样品之间的比热差异。插图为年轻化样品的ΔCp曲线及峰值拟合曲线。
　　图3a)金属玻璃焓和虚拟温度随年轻化温度的演化; b)硬度随年轻化温度的演化。
　　图4 焓和微观结构随温度演化的示意图。
　　在本研究中，在较低冷却速率下获得了弛豫态金属玻璃。在缓慢冷却过程中自由体积湮灭。在随后的热处理过程中，产生的高能态缺陷在随后的极速冷却过程中被部分冻结，诱导β弛豫的重新激活，伴随硬度降低。随着年轻化处理温度的升高，更多的β弛豫位点被重新激活并冻结在金属玻璃中，导致硬度进一步降低。当年轻化温度进一步升高时，孤立的类液体区域彼此连接，此时大规模结构重排发生，对应于α弛豫的激活。由于温度仍低于玻璃转变温度，金属玻璃还未进入过冷液体区，因此这些连接的类液体区仍被类固体基质包裹。然而，这种大规模的结构重排为化学短程有序(CSRO)的形成提供了机会，该化学短程有序(CSRO)被认为对金属玻璃能态没有影响，但对其力学性能有显著影响。因此，在金属玻璃能态提高时，硬度并不持续减小。CSRO的形成和硬点的形成都削弱了类液区增加所引起的软化趋势，并在宏观上表现出焓与硬度之间的解耦关系。这一研究结果为设计具有优良力学性能的金属玻璃提供了新的思路。（文：Keep real）
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