金屬所首次在非晶合金中發現“加工硬化”現象

　　眾所周知，非晶合金的變形依靠剪切變形及剪切帶來進行，但是由于變形過程中的形變軟化，非晶合金的變形高度局限于極少量的剪切帶內，從而表現為宏觀脆性。由于缺乏晶體材料中的位錯及晶界等強化機制，形變軟化一直被視為非晶合金的本質變形特征，也極大地影響了其應用前景。

　　非晶合金中, 如果剪切變形和剪切帶的產生被抑制，其又將表現出怎樣的變形行為呢?是否也有加工硬化現象?最近，中科院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室非平衡金屬材料研究部李毅研究員領導的研究小組通過在非晶合金變形過程中引入三維拉應力狀態而抑制剪切變形的發生，首次在非晶合金中發現“加工硬化”現象，并揭示了此條件下非晶合金的變形機理，為非晶合金的變形行為提供了新的理論依據。該成果已發表在近期出版的《物理評論快報》(Physical Review Letters 111 (2013) 135504)上，并被選為該期Highlight。

　　非晶合金的變形過程是剪切導致自由體積產生和擴散導致自由體積湮滅兩種機制競爭的過程。而傳統的單軸拉伸過程中自由體積產生速率遠大于湮滅速率，從而出現自由體積在剪切帶內的聚集而表現為形變軟化。但李毅小組研究發現，如果在變形過程中引入三維拉應力狀態，剪切應力急劇降低，從而限制剪切帶的產生和快速擴展。在這種條件下非晶產生均勻變形，同時自由體積產生速率減小，擴散速率增加，從而出現自由體積湮滅占主導位置的變形過程。從而使非晶合金的變形機制從傳統的“形變軟化”轉變為“加工硬化”。由于沒有了剪切帶產生，非晶的彈性極限被打破，非晶具有更高的斷裂強度(約2.9 GPa，相對于單軸拉伸強度提高80%)和前所未有的優良塑性變形能力及斷裂韌性。通過對變形后樣品的顯微硬度及弛豫焓的分析，也進一步確認了變形過程中的“加工硬化”現象與自由體積湮滅的關系。

　　這項工作不僅揭示了非晶合金全新的變形行為，填補了其在“加工硬化”變形行為研究方面的空白，更完善了非晶合金的變形理論。這項工作也使許多非晶變形機制面臨重新認識和分析，比如斷裂、疲勞以及斷裂韌性。同時也為非晶合金結構設計及應用提供了嶄新的思路。

　　以上工作得到了“千人計劃”項目的資助。