非晶合金因其獨特的力學行為和功能特性而受到固體力學、凝聚态物理和材料科學等領域的廣泛關注。非晶合金通常由合金熔體通過急速快冷過程制備得到，物理時效(老化)使玻璃體系向更穩定(或更低)的能量狀态遷移。老化的反向過程稱為年輕化(又稱為回春)，回春緻使非晶合金向高能量狀态遷移。老化與回春對非晶合金的物理/力學性能産生重要的影響。

針對上述問題，yh533388银河app喬吉超教授課題組對非晶合金進行機械循環和室溫冷軋，從而發生回春行為。詳細研究了非晶合金在不同能量狀态的力學性能，相關研究工作發表于International Journal of Plasticity。

主要成果 1. 通過機械循環調控非晶合金b弛豫強度實現了玻璃體系年輕化。即使在極少的周期和較低的頻率下，機械循環也調控非晶合金的微觀結構非均勻性。随着機械循環強度(應力幅值、應力率或平均應力)的增加，非晶合金機械能增加，這種輸入的額外的機械能可以抑制和抵抗老化，從而實現非晶合金年輕化。通過年輕化處理，非晶合金b弛豫強度增強的同時峰溫向低溫方向偏移，其弛豫時間分布也更加廣泛，如圖1所示。回春可以提高非晶合金的能量狀态，提高其原子移動性，與老化行為形成了鮮明的對比(如圖2所示)。這些新發現有助于增進對通過機械循環實現非晶合金年輕化的進一步認識。

該論文yh533388银河app（第一單位）博士研究生張浪渟為第一作者，喬吉超教授為通訊作者。共同作者有中科院力學研究所王雲江研究員、西班牙加泰羅尼亞理工大學Eloi Pineda教授以及香港城市大學楊勇教授。該研究得到了國家自然科學基金(Nos. 51971178、12072344)、陝西省傑出青年自然科學基礎研究計劃(No. 2021JC-12)、重慶市自然科學基金(No. cstc2020jcyj-jqX0001)、yh533388银河app博士學位論文創新基金會(No. CX2021015)、中國科學院青年創新促進會、MICINN (PID2020-112975GB-I00)、Generalitat de Catalunya (2017SGR0042)、General Research Fund (CityU11200719、CityU11213118)以及香港政府研究資助局(Nos. CityU11200719、CityU11213118)等項目的資助。

圖1 (a) 鑄态、老化處理和年輕化處理後試樣歸一化損耗模量随溫度的演化；b弛豫單元分布随(b)溫度和(c)弛豫時間的演化。

圖2 (a)不同能量狀态非晶合金弛豫時間随溫度的演化，插圖為b弛豫和原子移動性随老化或年輕化的演化；(b)機械循環過程中老化與年輕化的競争行為；(c) 非晶合金年輕化和老化行為指标

主要成果 2.借助納米壓痕，觀察典型Zr₅₀Cu₄₀Al₁₀非晶合金在不同能态(鑄态、退火态和回春态)下的折合模量和硬度(圖3)，發現微觀結構在調整力學行為中起着重要作用(圖4)。基于Mohr-coulomb準則，通過有限元模拟納米壓痕結果，得到不同能量狀态非晶合金内摩擦系數。研究結果表明，内摩擦系數随流動缺陷濃度的增加而減小。從蠕變階段得到的應力指數對非晶合金能量狀态有很強的依賴性。此外，對非晶合金塑性變形過程中應力突陷(displacement bursts)進行了統計分析，發現應力突陷行為對合金能量能态很敏感。建立了應力突陷尺寸與局部剪切帶尺寸之間的關系，該研究結果有助于加深理解非晶合金變形機制。

該論文yh533388银河app下载博士研究生陶凱和中國科學院物理研究所李福成博士為共同第一作者，喬吉超教授為通訊作者。共同作者有中國科學院物理研究所柳延輝研究員，山東大學宋凱凱教授和西班牙加泰羅尼亞理工大學Eloi Pineda教授。該研究得到了國家自然科學基金(Nos. 51971178、51871132)、陝西省傑出青年科學基金(No. 2021JC-12)、重慶市自然科學基金(No. cstc2020jcyj-jqX0001)、MICINN (PID2020-112975GB-I00)、Generalitat de Catalunya (2017SGR0042)等項目的資助。

圖3不同能量狀态非晶合金折合模量分布雲圖及其對應統計分布

圖4 (a) 壓痕點陣光學顯微圖像，(b) 鑄态、冷軋态和退火态非晶合金樣品折合模量累計概率分布，(c)硬度的累積概率分布，(d)硬度與折合模量的對應關系：硬度與折合模量呈線性關系。

論文信息如下：

[1] L.T.Zhang,Y.J.Wang,E.Pineda,Y.Yang,J.C.Qiao*, Achieving structural rejuvenation in metallic glass by modulating β relaxation intensity via easy-to-operate mechanical cycling, International Journal of Plasticity. 157 (2022) 103402.(https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103402)

[2] K.Tao^#,F.C.Li^#, Y.H.Liu, E.Pineda, K.K.Song, J.C.Qiao*,Unraveling the microstructural heterogeneity and plasticity of Zr₅₀Cu₄₀Al₁₀ bulk metallic glass by nanoindentation, International Journal of Plasticity. 154 (2022) 103305.(https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103305)

（圖文：張浪渟 陶凱；審核：溫世峰）