Adv. Mater. : 金属玻璃中的中温脆性

【引言】
所有的金属玻璃材料(MGs)，无论其成分如何，在温度处于0.6–0.7 Tg范围内，都将表现出中温脆性。然而，大多数材料在变形过程中都表现出随着温度的升高承载更高的应变。这种在金属玻璃材料(MGs)中表现出的中温脆性现象，就像在多晶金属中观察到的“中间温度延展性最小值”现象一样。金属玻璃材料(MGs)中的该现象一般被解释为其内部的剪切带和扩散弛豫过程相互竞争的结果。

【成果简介】
近日，由来自浙江大学国际新结构材料中心，新结构材料实验室以及材料科学与工程学院的蒋建中教授，印度科学院的Upadrasta Ramamurty教授以及Qing Ping Cao为共同通讯作者在Advance Materials发表了一篇名为“Intermediate Temperature Brittleness in Metallic Glasses”的文章。在该文中，研究人员通过对四种不同金属玻璃材料在不同测试温度下进行相应的性能测试，发现这些金属玻璃材料的韧性都对测试温度特别敏感，并且在中等温度下都表现出明显的中温脆性，并发现韧性变化是随着温度变化导致剪切带和扩散弛豫过程相互竞争的结果引起的。
[致歉：很抱歉，未能找到通讯作者Qing Ping Cao的确切中文名字，小编表示诚挚的歉意！]

【图文导读】

图1.机械行为分析

（a）Zr₄₆(Cu_4.5/_5.5Ag_1/5.5)₄₆Al₈(厚0.8mm)金属玻璃试样在不同温度下的三点弯曲实验得到的典型弯曲应力-挠度曲线。

（b）塑性位移（δp）变化曲线.δp作为温度T与玻璃转变温（Tg）的归一化函数。从图中可看出，在温度处于中等温度时，都未显示出明显的可塑征，即此时是脆性的。而且XRD及DSC都表明该物质在此温度范围内未发生晶型转变，即此时温度方位内都保持玻璃态。

图2.试验后表面分析

（a）Zr₄₆(Cu_4.5/_5.5Ag_1/5.5)₄₆Al₈金属玻璃试样在223 K测试温度下的拉伸表面SEM形貌。图中显示，许多直线条，横跨整个试样；从其他测试温度以及其他两种金属玻璃试样中可看出类似形貌，该线条是剪切带滑移所留下的痕迹。

（b）剪切带数量N及间距λ随温度变化 T/Tg之间的关系曲线。可以看出，在测试温度低于0.1 Tg及高于0.8 Tg条件下没有剪切带的出现。

（c）通过表面轮廓测量得到的剪切带的偏移量。

图3.断口分析

（a）Zr₄₆(Cu_4.5/_5.5Ag_1/5.5)₄₆Al₈金属玻璃试样在298 K温度下的断口典型的SEM形貌图。内嵌图是拉伸试样边缘的高倍图。从图中可以看出，剪切带偏移紧靠于像河流花样的稳定扩展裂纹，而其又紧靠着动态扩张断口区域。

（b）Zr₄₆(Cu_4.5/_5.5Ag_1/5.5)₄₆Al₈金属玻璃试样的剪切偏移量ΔL′及稳定扩展裂纹ΔW随T/Tg变化之间的关系曲线。

【小结】

通过对四种不同金属玻璃材（铸态的Zr₄₆(Cu_4.5/5.5Ag_1/5.5)₄₆Al₈,(Ti_36.1Zr_33.2Ni_5.8Be_24.9)₇₆Cu₂, La₅₅Al₂₅Ni₅Cu₁₀Co₅及结构弛豫的Zr₄₆(Cu_4.5/_5.5Ag_1/5.5)₄₆Al₈）在不同温度下进行三点弯曲等机械性能测试，并结合表面SEM形貌，XRD及DSC等测试及表征，结果都表明在中等温度下，所有的玻璃金属试样都表现出明显的中温脆性现象，其机理是由于在不同温度下剪切带和扩散弛豫过程相互竞争的综合结果。然而对于实验中出现的中温温度韧性最小值（ITDM）为何是出现在0.6 Tg温度下而不是其他温度这一问题则需要在后续更深入研究。

文献链接：http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201605537/abstract
（Avd. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201605537）

该文由材料人编辑部金属材料学术组彭黄涛投稿。点我加入材料人编辑部。

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