美國科學家：調控軟點可以幫助改善金屬玻璃的延展性

最新 05-17

來源 npj

責編閆妮

圖片來源：非晶中國大數據圖庫

日前，來自阿拉巴馬大學、勞倫斯伯克利國家實驗室和加利福尼亞大學的一個研究小組計算研究了金屬玻璃（特別是Cu64Zr36）本徵的空間異質性與剪切帶形成之間的關係。隨著材料異質性之間空間關聯性的增強，以及彈性軟點和硬點區域的擴大，作者們觀察到在材料軟點處，軟點數量的降低削弱了材料延展性，且應力誘導的成核生長和剪切帶增長開始嚮應變滲透轉變。作者發現，協同調控軟點數量和軟點空間分布可以幫助改善金屬玻璃的延展性。

金屬玻璃（MG）具有非常高的強度，然而由於剪切帶的形成，其通常僅顯示最小的拉伸延展性。研究旨在提高MG內在異質性，以促進分散式流動，從而為改善單片MG的延展性提供新的可能。研究小組研究了非均質無定型構型引起的彈性各向異性對MG形變性能的影響，並利用多尺度模擬方法對體系延展性做了相關研究。通過原子尺度的計算模型發現，Cu64Zr36MG在納米尺度下呈現出了高度異質的高斯型剪切模量分布，而其中局部的柔性區域很大程度伴隨著非彈性剪切形變的出現。對剪切變形區進行介觀尺度的動力學模型計算髮現，納米尺度剪切形變轉化為剪切帶形變由局域剪切模量的空間異質性決定。為獲得最佳拉伸塑性，他們定義了彈性異質性的臨界空間相關長度。該臨界長度與剪切帶形成的轉變節點相關，其臨界值可從應力誘導的成核生長、結構決定的應變滲透與塑性流動的彈性軟點飽和度等性能進行表徵。這一發現對於深化理解空間異質性與MG形變過程的關係具有重要意義。他們認為可通過調控材料本徵的異質性來提升高強度金屬合金的拉伸塑性，從而促進新型延性單片MG的設計和開發。