| 引文格式 |
| M.C. Li*, H.M. Guan, Unified upper temperature for cryogenic thermal cycling treatment in Fe-based bulk metallic glasses, Journal of Alloys and Compounds 931 (2023) 167263. |
| 题目 |
| 铁基非晶合金冷热循环处理的统一上限温度 |
| Title |
| Unified upper temperature for cryogenic thermal cycling treatment in Fe-based bulk metallic glasses |
| 专家照片
|
| 座右铭 |
| 博观而约取，厚积而薄发 |
| 个人简介 |
| 黎明灿，男，汉族，中共党员，工学博士。新疆大学材料科学与工程学院副教授，博士研究生导师，主要从事非晶态固体力学方面的研究工作。近五年主持国家自然科学基金两项、新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目两项。在亚稳态金属材料的变形和断裂机理方面取得了一系列新颖的研究成果并相继发表于Journal of Materials Science & Technology, Materials Science and Engineering: A, Journal of Alloys and Compounds等国际高水平期刊，获 “第十六届新疆维吾尔自治区自然科学优秀学术论文”三等奖一项（排名第一）。 |
| 研究领域 |
1、亚稳态金属材料的变形和断裂机理
2、高熵合金的强韧化 |
| 研究背景/选题意义/研究价值 |
块体非晶合金因其独特而优异的性能而在结构材料领域展现出广阔的应用前景。但室温脆性严重限制了这类无序合金的实际应用。尤其是铁基非晶，作为极具吸引力的软磁材料，通常表现出完全脆性断裂。近年来的研究表明，冷热循环处理可诱导非晶合金的结构年轻化进而改善其塑性变形能力，且改善效果与非晶合金的初始结构状态、冷热循环的处理次数和温度范围密切相关。针对初始结构状态和循环处理次数的研究已经比较成熟，相关结论比较统一，但温度范围对冷热循环处理后样品的结构年轻化状态及塑性变形能力的影响规律还不清楚。
针对上述问题，我们选择了一系列不同玻璃转变温度的铁基非晶合金为研究对象，在固定下限温度的前提下，通过改变上限温度对其进行基于冷热循环的结构年轻化调控。结果发现对每种非晶合金而言，适当的上限温度同时对应着调控后样品的最大过剩弛豫焓和最优塑性变形能力。通过分析剪切转变介导的自由体积增殖与动态弛豫诱导的物理老化间的动态竞争，建立了以铁基非晶合金玻璃转变温度为判据的结构年轻化与物理老化的竞争图谱，即随着上限温度的逐渐提升，结构年轻化越来越剧烈，至上限温度约为0.62倍玻璃转变温度时，对应着最强的年轻化状态和最大的宏观塑性；继续升高上限温度，物理老化将战胜结构年轻化，铁基非晶合金总体上表现出物理老化和宏观塑性的降低。 |
| 主要研究内容 |
| 当前阶段，对非晶合金结构年轻化程度的定量表达通常是基于差式热扫描分析仪（DSC）测量样品在玻璃转变之前的过剩弛豫焓。图1（a）是Fe76Mo4P13C7的DSC曲线及过剩弛豫焓的计算结果，图1（b）是其中三种铁基非晶合金过剩弛豫焓随上限温度的变化。图示结果表明，冷热循环可以诱导铁基非晶合金的结构年轻化，且年轻化程度随上限温度的升高而越来越明显，但在上限温度高于某个临界值后，年轻化程度逐渐减弱。 
图1. (a) Fe76Mo4P13C7的DSC曲线；(b) 三种铁基非晶合金过剩弛豫焓随上限温度的变化。 图2是对三种铁基非晶合金年轻化调控前后宏观压缩性能的测试，图示结果表明结构年轻化可以有效提升铁基非晶合金的塑性变形能力，且变形能力的提升随上限温度的升高有极大值。对比图1和图2的结果可看出，基于冷热循环的结构年轻化状态及对应样品的宏观塑性在上限温度的同一个中间值表现出极大值。
图2. (a)-(c) 三种铁基非晶合金年轻化调控前后工程应力-应变曲线；(d) 三种铁基非晶合金塑性变形随上限温度的变化。 图3是以铁基非晶合金玻璃转变温度为判据的结构年轻化（Rejuvenation）与物理老化（Aging）的竞争图谱。结构年轻化可诱导剪切转变的激活和原子重排，进而导致自由体积增殖；与此同时，样品在高温环境中会发生动态弛豫诱导的物理老化，对应着自由体积的湮灭。随上限温度的逐渐提升，结构年轻化越来越剧烈，至上限温度约为0.62倍玻璃转变温度时，对应着最强的年轻化状态和最大的宏观塑性；继续升高上限温度，物理老化将战胜结构年轻化，铁基非晶合金总体上表现出老化和宏观塑性的降低。
图3. 铁基非晶合金结构年轻化（Rejuvenation）与物理老化（Aging）的竞争图谱 |
| 主要创新点 |
| 建立了以铁基非晶合金玻璃转变温度为判据的结构年轻化与物理老化竞争图谱，优化了基于冷热循环诱导铁基非晶合金结构年轻化的工艺流程。 |
