非晶合金動(dòng)態(tài)馳豫、變形和微觀結(jié)構(gòu)非均勻性之間的關(guān)聯(lián)是非晶物理領(lǐng)域重要研究內(nèi)容之一。

西北工業(yè)大學(xué)喬吉超、呂建國等人選取非晶形成能力良好，熱穩(wěn)定性高的Zr48（Cu5/6Ag1/6）44AI8 塊體非晶合金作為模型體系，借助于動(dòng)態(tài)馳豫及應(yīng)力松弛，分析了合金高溫變形機(jī)制與微觀結(jié)構(gòu)非均勻性之間的關(guān)聯(lián)。相關(guān)研究成果于2023年5月在《物理學(xué)報(bào)》網(wǎng)絡(luò)首發(fā)。

研究人員分析動(dòng)態(tài)馳豫溫度圖譜發(fā)現(xiàn)，非晶合金儲能模量和損耗模量隨溫度演化過程呈現(xiàn)等構(gòu)型階段、老化階段、玻璃轉(zhuǎn)化和晶化四核階段（圖1）。非晶合金在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下內(nèi)耗等溫演化表明，結(jié)構(gòu)馳豫動(dòng)力學(xué)可采用KWW方程進(jìn)行描述。結(jié)構(gòu)馳豫使得系統(tǒng)能量狀態(tài)降低，原子移動(dòng)性下降，但結(jié)構(gòu)馳豫不改變非晶合金玻璃特性。研究人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)力松弛行為是可逆變形。隨著時(shí)間演化逐漸向不可逆塑性變形轉(zhuǎn)化的過程。利用塑性變形激活動(dòng)力學(xué)，計(jì)算了應(yīng)力松弛過程中激活體積隨溫度演化。結(jié)果 表明激活體積在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)隨溫度逐漸降低，可能與非晶合金初始能量狀態(tài)有關(guān)（圖2）。研究人員利用激活能譜方法計(jì)算了應(yīng)力松弛過程中變形單元激活能量分布，隨溫度升高向高溫區(qū)域移動(dòng)。結(jié)合KWW擴(kuò)展指數(shù)分析，表明非晶合金微觀尺度的結(jié)構(gòu)非均勻性與能量起伏導(dǎo)致變形單元的激活并非為單一特征時(shí)間，而是服從一定分布（圖3）。此外，通過考慮變形單元激活的特征時(shí)間分布在對數(shù)時(shí)間尺度上為對稱Gauss分布和非對稱Gumbel分布，分別重構(gòu)了應(yīng)力松弛響應(yīng)的非均勻激活過程（圖4）。發(fā)現(xiàn)應(yīng)力松弛響應(yīng)過程中變形單元特征時(shí)間分布更可能為非對稱分布。

該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金和陜西省杰出青年基金的支持。

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