第一作者：苏爽

通讯作者：宁志良，张彦明，黄永江

通讯单位：哈尔滨工业大学材料学院

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.12.024

全文速览

本论文系统研究了退火处理对Zr₅₈Cu₃₀Ti₂Al₁₀非晶合金能量状态、微观结构和力学行为的影响规律。退火工艺通过降低能量状态，显著提高了非晶合金的结构有序度和均匀性，从而提高了其整体力学性能可靠性。具体而言，退火促进了局部二十面体近程有序的形成，有助于提高纳米硬度和抗拉强度。此外，退火过程中内应力的释放和重新分布进一步优化了内应力状态，显著提高了材料的断裂强度，获得了可靠的力学性能。本研究不仅阐明了退火对非晶合金微观结构的调控机制，也为探索高强度、高断裂可靠性的非晶合金材料提供了理论支持和实验依据。

本文亮点

1. 退火显著降低了非晶合金的能量状态，使其微观结构更加有序。
2. 非晶合金中有序度越高，纳米硬度越高且分布越均匀。
3. 退火可提高非晶合金的拉伸断裂强度阈值和断裂可靠性。

图文解析

非晶合金样品的制备。(a) 熔体抽拉工艺制备非晶合金微丝示意图；(b) 快速凝固工艺制备非晶薄带示意图；(c) 非晶微丝和薄带纳米压痕位置示意图；(d) 非晶微丝、薄带和块体样品的拉伸试样尺寸示意图。

微观结构分析。不同能态非晶合金的高分辨透射电镜(HRTEM)图像及其快速傅里叶变换(FFT)和相应的自相关函数(ACF)图像：(a) 非晶微丝；(b) 非晶薄带；(c) 铸态块体非晶合金；(d) 退火0.5 h的块体非晶合金；(e) 退火1 h的块体非晶合金。(f) HRTEM的两种不同类型ACF（周期性和随机）模式及其FFT图像；(g) 有序度随弛豫焓∆H的增加而降低。

纳米硬度测试。纳米硬度分布：(a) 非晶微丝；(b) 非晶薄带；(c) 铸态块体非晶合金；(d) 退火0.5 h的块体非晶合金；(e) 退火1 h的块体非晶合金。(f) 纳米硬度最大值和最小值；(g) 每个样品在100个纳米压痕中的纳米硬度范围值。

纳米硬度的统计分析。(a) 纳米硬度的高斯拟合；(b) 高斯拟合曲线的半峰宽；(c) 高斯拟合曲线的峰值；(d) 高斯峰位置和纳米硬度平均值；(e) 平均值的标准差。

拉伸断裂强度的统计分析。(a) 最大和最小断裂强度值之间的范围；(b) 对数正态分布和Weibull统计分析的模量，插图显示对数正态分布的标准差；(c) 断裂强度的几何平均值和算术平均值；(d) Weibull统计分析的断裂阈值。

非晶合金原子分布示意图。(a) 低有序度的非晶合金（微丝/薄带），(b) 块体非晶合金（铸态），(c) 高有序度的非晶合金（退火态）。

全文总结

综上所述，通过调整制备过程中的冷却速率和后续的退火处理，我们获得了具有不同能量状态的Zr₅₈Cu₃₀Ti₂Al₁₀非晶合金。通过对其热力学行为的定量表征，结合多种统计分析方法，系统研究了不同能量状态下非晶合金结构均匀性和力学可靠性的演变及其内在机制。主要结论如下：

1. 能量状态的降低有助于非晶合金中内应力的释放，促进短程有序团簇的形成，这些团簇随后连接形成中程有序结构，从而增加了类晶体有序区的数量。

2. 在有序度较高的非晶合金中，软点的硬化和硬点的膨胀使原子堆积密度增大，导致纳米硬度和拉伸断裂阈值均升高。

3. 退火使可移动的原子重新分布，减少易变形的薄弱区域，增强非晶合金的结构均匀性，同时平衡了原子尺度的应力分布。这种结构演变减少了纳米硬度值的分散程度，且提高了拉伸断裂的可靠性。

作者简介

宁志良，教授，博士生导师，哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室教师。先后主持承担国家自然科学基金面上项目、国家部委基金项目、科技部国际合作项目、黑龙江省科技攻关重点项目。获得省部级科技进步二等奖三项，发表论文140余篇，其中SCI收录80余篇，获授权发明专利40项，申报发明专利70余项。

黄永江，教授，工学博士，博士生导师，英国皇家学会牛顿学者，黑龙江省高层次人才，中国金属学会非晶合金分会委员，中国热处理行业协会汽车钢分会副理事长。主要从事新型航天金属材料的增材/增减材智能制造、亚稳金属材料(包括非晶合金及其复合材料、轻合金、高熵合金等）、液态金属等方向研究工作。获黑龙江省科技进步二等奖一项，黑龙江省自然科学二等奖一项，黑龙江省高校自然科学一等奖和二等奖各一项。在Advanced Materials，Acta Materialia，International Journal of Plasticity，Additive Manufacturing，Materials Future，Corrosion Science等国际著名学术杂志上发表SCI收录论文230篇，被Science等权威杂志引用6218次（单篇最高SCI引用280余次），ESI高被引3篇，1篇论文入选中国知网高影响力论文，1篇论文入选Rare Metals杂志年度最佳论文，H因子40，申请专利79项，授权50项，担任6个国际期刊编委/青年编委。

张彦明，工学博士，毕业于美国伦斯勒理工学院，美国康宁Glass Age Scholar获得者。主要从事亚稳金属材料与无机非金属材料的研究工作。在Nature Nanotechnology，Nano Letters，Acta Materialia，Journal of the American Ceramic Society 等国际知名高水平学术期刊发表多篇论文，申报发明专利10余项。担任ACS Omega，Journal of Applied Physics等国际知名学术期刊审稿人。

苏爽，哈尔滨工业大学博士生，韩国首尔国立大学联合培养博士生。主要从事非晶合金及其复合材料的力学性能调控和增材制造研究。以第一及共同作者在Acta Materialia，Journal of Materials Science & Technology，Virtual and Physical Prototyping，Composites Part B: Engineering等国际著名学术期刊发表SCI收录论文10余篇，谷歌学术引用250余次。参与国家自然科学基金面上项目的研究工作，担任Journal of Materials Research and Technology等国内外重要学术期刊审稿人。