塊體非晶合金因其獨(dú)特的原子排列特征而具有許多優(yōu)異的力學(xué)性能，如高的強(qiáng)度、硬度、以及彈性極限等，成為近年來(lái)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。但由于非晶合金在變形過(guò)程存在的室溫脆性與應(yīng)變軟化等問(wèn)題，極大地制約了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。因此，深入理解非晶合金本征韌脆性的根源，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)兼具有高強(qiáng)高韌性能的塊體非晶合金就具有重要的意義。針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題，目前人們主要還是通過(guò)材料的泊松比等物理量來(lái)對(duì)非晶合金的本征韌脆性進(jìn)行描述。即泊松比值大于0.31-0.32這一臨界值的CuZr基、Pd基、Pt基等非晶合金表現(xiàn)為相對(duì)韌性，而低于這一臨界值的Mg基、Fe基等非晶合金表現(xiàn)為明顯的脆性。但是，隨著研究的不斷深入，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的普適性越來(lái)越受到挑戰(zhàn)，如Au基非晶合金的泊松比高達(dá)0.40，但卻表現(xiàn)為明顯的脆性。
最近，中國(guó)科學(xué)院磁性材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（寧波材料技術(shù)與工程研究所）非晶軟磁研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，非晶合金的本征韌脆性與其“血型”密切相關(guān)。由于快速凝固過(guò)程中，不同非晶形成合金過(guò)冷熔體發(fā)生元素“旋節(jié)分解（spinodal decomposition）”的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力不同，將會(huì)導(dǎo)致鑄態(tài)非晶合金元素分布狀態(tài)的截然不同。由此，研究人員提出了一個(gè)全新的非晶合金分類方法，首次將不同的非晶合金劃分為成分位于相圖中共晶點(diǎn)附近的“E-型非晶”與成分位于相圖中金屬間化合物成分附近的“C-型非晶”兩個(gè)基本類型，以及它們的混合類型“H-型非晶”。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，非晶合金的本征韌脆性與其元素分布狀態(tài)的均勻與否存在著密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即元素分布均勻的“C-型非晶”具有很高的塑性變形能力，而元素分布不均勻的“E-型非晶”卻表現(xiàn)為明顯的脆性。雖然進(jìn)一步的退火弛豫會(huì)導(dǎo)致“E-型非晶”與“C-型非晶”屈服強(qiáng)度、硬度以及密度的增加，但其對(duì)這兩類非晶合金塑性的影響卻截然不同，呈現(xiàn)“脆者（E-型非晶）更脆，韌者（C-型非晶）恒韌”的奇異現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，結(jié)合非晶變形過(guò)程中剪切帶內(nèi)元素分布狀態(tài)的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程及對(duì)應(yīng)的能量變化，研究人員提出了一個(gè)全新的非晶合金剪切變形的動(dòng)態(tài)模型，很好地解釋了這一現(xiàn)象。該工作非晶合金新的分類方法以及新的剪切變形模型的提出，為人們進(jìn)一步深入理解非晶合金的本征韌脆性提供了一個(gè)全新的視角，不僅很好地重新詮釋了CuZr基、Pd基、Pt基等非晶合金的韌性以及Mg基、Fe基等非晶合金的脆性問(wèn)題，也清晰地闡明了高泊松比Au基非晶合金的脆性根源。另外，退火前后“韌者恒韌”的“C-型非晶”的發(fā)現(xiàn)也為人們進(jìn)一步通過(guò)相圖信息尋找更多的高塑性塊體非晶合金指明了方向，具有重要的理論意義與實(shí)際指導(dǎo)意義。
相關(guān)結(jié)果被發(fā)表在Nature 旗下的Scientific Reports (Scientific Reports 4, 5733 (2014))上。該研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金面上基金、浙江省自然科學(xué)基金、寧波市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
不同非晶合金退火前后的“脆者（E-型非晶）更脆，韌者（C-型非晶）恒韌”現(xiàn)象（左圖），及其對(duì)應(yīng)的剪切變形模型與解釋（右圖）。
通過(guò)相圖信息對(duì)非晶合金本征韌脆性成分依賴性的新理解
