西安交大在金属玻璃疲劳行为研究方面取得新进展

　　金属一般都是晶体，通常很难变成非晶。金属玻璃，作为一种新兴的非晶态金属材料，展现出高强高弹耐磨等诸多优点，引起人们浓厚兴趣。例如，苹果公司和著名的非晶合金研究企业Liquidmetal签订了协议，共同开发用于通信市场的非晶态金属材料和技术，便引起了广泛关注。作为潜在的结构材料，工业应用中波动应力下的疲劳断裂规律是必须回答的问题。然而，由于实验条件和认识的局限性，关于金属玻璃在循环载荷下的力学行为却鲜有研究和报道，很多基础性关键科学问题亟待解答。

　　西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料研究中心在金属力学行为方面进行了长期的探索。在《美国国家科学院院刊》上在线发表的一篇研究论文中，该中心单智伟教授和他的合作者发表了他们最新的研究成果。他们借助自己设计的透射电镜定量原位纳米力学测试装置，选取铝基非晶试样为研究对象，在弹性极限内对非晶态金属进行了固定应变的循环加载。一定的循环周次后，非晶材料中出现微裂纹并最终在裂尖区域形成若干微小晶粒。令人意外的是，这些微小晶粒的一部分会随着加载的进行而演化成为一个大晶粒，而这个大晶粒会阻止微裂纹的生长，从而有效地增加材料的抗损伤能力。

　　在块体金属玻璃中，由于剪切变形区(STZ)在空间和时间365采购网-打造中国机电行业网上沃尔玛上形成相互关联效应，所以塑性变形通常集中在局部的剪切带中发生。但是该文的分子动力学模拟结果表明，在循环载荷作用下，作为承载金属玻璃塑性变形基本单元的STZ在应力作用下，不仅发生剪切变形，同时STZ的组成原子之间也存在一些相对扩散。单次加载时，由于剪切带快速扩展，扩散效应通常不明显;但是，在循环载荷作用下，STZ中的原子扩散将拥有充足的时间，逐步累积并最终使得部分原子形成长程有序的排列方式即发生晶化。这些发现对于非晶态金属本征的疲劳和断裂行为的研究具有重要的意义，为非晶态金属在微/纳电子机械系统(M/NEMS)中的应用和结构性能优化奠定了实验和理论基础。