非晶合金動態(tài)馳豫、變形和微觀結構非均勻性之間的關聯(lián)是非晶物理領域重要研究內(nèi)容之一。

西北工業(yè)大學喬吉超、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，借助于動態(tài)馳豫及應力松弛，分析了合金高溫變形機制與微觀結構非均勻性之間的關聯(lián)。相關研究成果于2023年5月在《物理學報》網(wǎng)絡首發(fā)。

研究人員分析動態(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)等構型階段、老化階段、玻璃轉化和晶化四核階段（圖1）。非晶合金在玻璃轉變溫度以下內(nèi)耗等溫演化表明，結構馳豫動力學可采用KWW方程進行描述。結構馳豫使得系統(tǒng)能量狀態(tài)降低，原子移動性下降，但結構馳豫不改變非晶合金玻璃特性。研究人員發(fā)現(xiàn)應力松弛行為是可逆變形。隨著時間演化逐漸向不可逆塑性變形轉化的過程。利用塑性變形激活動力學，計算了應力松弛過程中激活體積隨溫度演化。結果 表明激活體積在實驗溫度范圍內(nèi)隨溫度逐漸降低，可能與非晶合金初始能量狀態(tài)有關（圖2）。研究人員利用激活能譜方法計算了應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。結合KWW擴展指數(shù)分析，表明非晶合金微觀尺度的結構非均勻性與能量起伏導致變形單元的激活并非為單一特征時間，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間分布在對數(shù)時間尺度上為對稱Gauss分布和非對稱Gumbel分布，分別重構了應力松弛響應的非均勻激活過程（圖4）。發(fā)現(xiàn)應力松弛響應過程中變形單元特征時間分布更可能為非對稱分布。

該項工作得到了國家自然科學基金和陜西省杰出青年基金的支持。

文章轉載至《非晶中國》