| 引文格式 |
| M.C. Li*, C.M. Yan, X.Y. Wang, S. Yang, F. Xue, Cryogenic thermal cycling induced simultaneous improvement of strength and ductility in a Zr-based bulk metallic glass composite, Journal of Materials Research and Technology 29 (2024) 4697-4701 |
| 题目 |
| 冷热循环诱导的锆基非晶复合材料屈服强度和塑性的同步提升 |
| Title |
| Cryogenic thermal cycling induced simultaneous improvement of strength and ductility in a Zr-based bulk metallic glass composite |
| 专家照片
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| 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。以往的研究表明，通过成分优化制备含亚稳B2相的非晶复合材料可有效改善合金的塑性变形能力。然而，这种塑性的改善通常是以牺牲合金强度为代价的。如何在保持非晶合金高强度的同时，对其进行塑性改性，是非晶合金研究中的一个重要课题。
针对上述问题，我们选择了一种典型三元含亚稳奥氏体相的非晶合金复合材料为研究对象，通过冷热循环对其进行结构调控。结果发现，适当的循环上限温度既可引起晶体相的马氏体相变，也可导致非晶相的结构年轻化，前者提升了合金的整体屈服强度，后者改善了合金的宏观塑性变形。 |
| 主要研究内容 |
| 我们通过扫描电镜的背散射模式对样品中的相分布进行了表征（图1（a）），证实了所制备合金为非晶相与晶体相的复合材料，且晶体相相对均匀的分散在非晶相中，图1（b）中的高分辨透射电镜图像进一步证实了两相共存。对铸态样品选区电子衍射花样进行标定后发现，其晶体相为立方奥氏体相（图1（c））,而经过上限温度为330K的冷热循环循环处理后样品的选区电子衍射花样对应着单斜马氏体相（图1（d）），这说明冷热循环诱发了晶体相的马氏体相变。图1（e）中X射线衍射的结果与基于高分辨透射电镜获得的结果类似，一方面证实了铸态样品是由亚稳奥氏体相与非晶相组成的复合材料，另一方面也证实了当前工艺下的冷热循环可诱导晶体相的马氏体相变。 
图1. 冷热循环前后样品的结构演化 图2是对文中所涉及样品进行差式热扫描（DSC）分析的结果，玻璃转变之前的过剩驰豫焓随冷热循环上限温度的提升先增加后降低，说明冷热循环诱导了非晶相的结构年轻化，且年轻化程度随上限温度的提升有极大值，这是剪切转变介导的自由体积增殖与结构驰豫诱导的自由体积湮灭动态竞争的结果。
图2. 冷热循环前后样品的DSC曲线 图3结果表明适当的冷热循环上限温度既可提升合金的屈服强度，又能改善合金的塑性变形能力。强度的提升源于更高上限温度诱导了更多低强度立方奥氏体相向高强度单斜马氏体相的转变。塑性的改善是非晶相的结构年轻化（提升塑性）、马氏体相对剪切带更强的阻挡作用（提升塑性）和相变增韧效果恶化（降低塑性）的耦合作用结果。
图3. 冷热循环前后样品的工程应力-应变曲线及屈服强度和塑性随上限温度的变化 |
| 主要创新点 |
| 将结构年轻化和晶体相增韧两种方法结合起来，在不牺牲非晶合金屈服强度的前提下，有效改善了这类无序合金的塑性变形能力。 |
