随着科技迅猛发展，许多实际应用已扩展到低温及超低温环境。例如，航天及星表环境经常遭遇极低温度。常规晶体合金材料在极端低温环境中，其性能主要表现为强度增加而塑性降低，甚至出现冷脆。非晶合金作为新型合金，实验发现其低温耐磨性明显高于常规合金，且发生明显的反向增韧现象，使得强度和塑性同时增强，从而改善其力学性能。因此美国NASA已在航天器用结构材料中多次使用非晶合金。但目前为止仍未彻底揭示该现象的机制机理。
基于此，来自南京航空航天大学的杨亮教授团队通过分子动力学模拟了Zr2Cu非晶合金在低温环境中的拉伸变形行为，从自由体积剪切带等多个角度分析了温度降低对非晶合金微观结构及变形行为的作用机制，从而解释了非晶的低温反向增韧机理。相关研究成果以“Structural mechanisms of enhanced mechanical property in cryogenic ZrCu metallic glasses”为题在International Journal of Plasticity上发表。

本工作通过分子动力学模拟了Zr2Cu非晶合金在低温环境中的拉伸变形行为，从自由体积、原子堆积效率、原子剪切应变、原子势能、剪切转变区（STZ）、剪切带等多个角度分析了温度降低对非晶合金微观结构及变形行为的作用机制，从而解释了非晶的低温反向增韧机理。研究人员发现随着温度降低，非晶模型的机械性能参数均有提高，如图1所示，印证了实验观察的非晶合金低温反向增韧现象。通过原子剪切应变深入分析了非晶合金在变形过程中STZ以及剪切带在不同温度中的响应机制，参见图2。总结，低温诱导微观结构和能量的变化，导致延迟STZ的萌生并阻碍了剪切带的形核，是非晶合金低温增韧的最根本原因。

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文章转载自《非晶中国》