非常高比強(qiáng)度鋁基塊體金屬玻璃面世

    20世紀(jì)80年代，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)Poon研究組和日本東北大學(xué)Inoue研究組分別發(fā)現(xiàn)Al基合金可通過快速凝固技術(shù)形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。Al基非晶態(tài)合金及其部分結(jié)晶后形成的納米復(fù)合薄帶材料表現(xiàn)出非常高的比強(qiáng)度（5.2×105 Nmkg-1）及良好的塑性，被認(rèn)為是較具應(yīng)用前景的新一代非常高度度輕質(zhì)合金。然而，與Pd、Mg、Zr、Fe等合金相比，Al基合金的玻璃形成能力較低，無法通過熔體澆鑄直接形成尺度大于1 mm的塊體材料。Al設(shè)立資金屬玻璃塊體材料的獲得主要依賴于粉末固結(jié)的途徑。探索具有高玻璃形成能力、可通過熔體直接澆鑄形成塊體材料的合金體系始終是人們追求的目標(biāo)。

    近年來，沈陽材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室王建強(qiáng)研究組與美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)馬恩教授合作，在科技部“973”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)設(shè)立資金的資助下，在Al設(shè)立資金屬玻璃的結(jié)構(gòu)和玻璃形成能力等方面進(jìn)行了多年的研究探索，較近取得了重要進(jìn)展。他們?cè)贏l-TM（過渡金屬）-RE（稀土）為基礎(chǔ)的三元合金系中計(jì)算出兩種分別以TM和RE作為溶質(zhì)中心的原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，通過團(tuán)簇致密堆垛結(jié)構(gòu)的耦合進(jìn)行了合金的成分設(shè)計(jì)，在Al-Ni-Co-Y-La五元合金體系中獲得了1 mm直徑的鋁設(shè)立資金屬玻璃棒材（鋁含量達(dá)86 at.%）。這是全部上初次報(bào)道通過熔體直接澆鑄制備出單一非晶相的鋁基塊體材料。通過壓縮實(shí)驗(yàn)獲得了塊體材料的斷裂強(qiáng)度數(shù)據(jù)（比強(qiáng)度可達(dá)3.3´105 Nmkg-1），并觀察到了單一剪切帶控制的形變與斷裂機(jī)制。這些工作對(duì)于鋁基非晶態(tài)金屬材料的應(yīng)用具有重要的推進(jìn)作用。相關(guān)工作發(fā)表在《材料快報(bào)》上（見Scripta Materialia 61 (2009) 423-426）。