金屬玻璃作為一種典型的非晶態材料，具有高彈性、高強度、耐腐蝕、耐摩擦等優異的力學性能，引起了人們的廣泛關注。然而，有限的宏觀塑性及災難性的脆性斷裂限制了金屬玻璃的工業應用。為了提高金屬玻璃的塑性，大量實驗策略如調整化學成分、調節微觀結構非均勻性、引入第二相等。這些策略的核心基本概念是激活大量剪切帶。因此了解剪切帶的成核機制對於提高塑性變形能力和設計具有優異力學性能的新型金屬玻璃至關重要。另一方面，在一定溫度下力學性能的演變是制約金屬玻璃實際應用的關鍵因素。特別是由結構弛豫引起的塑性-脆性轉變通常是由多個剪切帶向單一主剪切帶的轉變，這一點目前尚不清楚。顯然，研究剪切帶的微觀形核機制和結構弛豫效應對於理解各種變形行為具有重要意義。
基於典型的剪切轉換區模型，在外應力作用下，一系列剪切轉換區的激活和聚結誘導了非晶態材料中剪切帶的成核。剪切轉換區的活化和凝聚通常被認為是一個兩步過程：第一步是流動誘導的均質膨脹過程，第二步是通過施加剪切應力，剪切轉換區隨後縮小成納米級剪切帶。因此剪切轉換區可以被視為剪切帶形核位點，不同應力和退火狀態下剪切轉換區的動力學是微觀剪切帶形核和金屬玻璃宏觀塑性變形的關鍵。研究發現，剪切轉換區的激活類似於金屬玻璃中β弛豫的激活，這表明剪切轉換區的激活和剪切帶的成核應該遵循一個熱激活過程。與此同時，金屬玻璃中固有的非均勻結構是剪切轉換區和β弛豫事件的結構起源。結構弛豫通常會引起非均勻結構的較大變化，進而引起相應的力學性能變化。
基於此，中科院寧波材料研究所的高萌研究員選擇具有良好塑性變形能力和對結構弛豫高敏感性的Zr56Co28Al16金屬玻璃，探索了不同弛豫狀態下力學行為演化和剪切帶形核動力學，提出了一種基於剪切帶形核動力學的模型來理解由結構弛豫引起的金屬玻璃的韌脆性轉變。相關論文以題為「structural relaxation induced ductile-to-brittle transition from perspective of shear band nucleation kinetics in metallic glass」發表在Journal of Alloys and Compounds上。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838823013257
圖1 (a)在327℃下不同退火時間的DSC曲線；(b) 恢復焓隨退火時間的演化。
圖2 (a)不同退火時間下的應力-應變曲線； (b) 塑性應變隨退火時間的演化。
圖3(a) 加載速率為1 mN/s時鑄態試樣的納米壓痕位移-加載曲線；首次Pop-in事件的(b)負載分布、 (c)累積分布和(d)概率分布。
圖4 (a)不同退火樣品首次Pop-in事件累積分布；(b)不同退火樣品的三維概率密度函數；(c)控制形核位點載荷隨恢復焓的演化；(d)形核點概率密度函數峰值隨退火時間的演化。
總之，作者系統地研究了金屬玻璃在不同退火狀態下的熱力學行為、宏觀壓縮行為和剪切帶形核動力學的演化。研究發現，金屬玻璃存在一個由塑性變形到脆性變形的臨界退火狀態，相應的剪切帶形核位點也發生了由低載荷形核位點向高載荷形核位點的轉變。該研究為理解金屬玻璃力學行為隨外部條件的演化提供了新的視角，有助於揭示金屬玻璃力學性能演化與結構弛豫之間的關聯。（文：Keep real）
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