通过纳米压痕、相关对称性分析和原子探针断层扫描技术，研究微量合金化对钯基大块金属玻璃的剪切变形区及其应变率敏感性的影响

《Journal of Alloys and Compounds》：Investigating the impact of minor alloying on shear transformation zones and strain rate sensitivity in Pd-based bulk metallic glasses via nanoindentation, correlation symmetry analysis and atom probe tomography

塑性变形机制与微观结构关联性研究

　　金属玻璃（Bulk Metallic Glasses, BMGs）因其独特的物理和机械性能，在材料科学领域备受关注。它们具有高强度、良好的延展性和优异的耐磨性，这些特性使得金属玻璃在多种工业应用中展现出广阔前景。然而，金属玻璃在低温下的塑性表现较差，特别是在拉伸条件下，这限制了其在某些应用场景中的使用。因此，如何通过微合金化手段提高金属玻璃的塑性，成为近年来研究的热点之一。

在过去的几年中，科学家们尝试通过添加少量的其他金属元素，如钴（Co）和铁（Fe），来改善金属玻璃的塑性行为。这些微合金化元素的引入虽然微小，但对金属玻璃的力学性能产生了显著影响。例如，有研究表明，添加钴可以增强金属玻璃的塑性，而添加铁则会导致材料在较低应变下发生灾难性断裂。这种差异性行为引起了广泛关注，并促使研究者进一步探索其背后的机制。

为了深入理解这些微合金化元素对金属玻璃结构和性能的影响，研究团队采用了一系列先进的表征技术。这些技术包括纳米压痕测试、原子探针断层扫描（Atom Probe Tomography, APT）以及四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）。通过这些方法，研究者能够间接地观察到金属玻璃在受力过程中的局部结构变化，尤其是与塑性变形相关的剪切转变区（Shear Transformation Zones, STZs）。STZs被认为是金属玻璃塑性变形的基本单元，它们在受到剪切应力时发生局部的原子重组，从而导致材料的宏观塑性行为。

纳米压痕测试结果显示，不同微合金化元素的添加会导致STZs的尺寸发生变化。具体而言，塑性增强的合金表现出较小的STZs，而塑性较差的合金则显示出较大的STZs。这种差异可能与STZs在材料中的分布密度和排列方式有关。此外，研究还发现所有样品都表现出负的应变率敏感性，这意味着材料的塑性行为在低应变率下更为显著。在所有样品中，含有铁的合金表现出最高的应变率敏感性，这可能与其内部结构的变化有关。

通过4D-STEM的分析，研究团队进一步揭示了铁和钴添加对金属玻璃结构的影响。铁添加的合金显示出更高的五重对称性，而钴添加的合金则表现出较低的五重对称性，类似于四重和六重对称性的数量。这一现象可能与不同元素在金属玻璃中的分布方式有关。同时，APT分析结果显示，这些合金中不存在氧元素的聚集，排除了氧化作用对材料性能的影响。此外，邻近原子分布的聚类分析表明，铁和钴在金属玻璃中并没有形成明显的Fe–Fe或Co–Co聚类，这表明它们在材料中具有较为均匀的分布。

这些研究结果不仅揭示了微合金化元素对金属玻璃微观结构和宏观塑性行为的影响，还为理解金属玻璃的变形机制提供了新的视角。通过结合多种实验和表征技术，研究团队能够更全面地分析金属玻璃在受力过程中的行为，从而为未来的材料设计和性能优化提供了理论支持。此外，这些发现也为金属玻璃在工程应用中的性能提升提供了实验依据。

研究还指出，金属玻璃的塑性行为与宏观应变率敏感性密切相关。应变率敏感性是指材料在不同应变率下的塑性表现差异。对于大多数金属玻璃而言，其应变率敏感性为负，这意味着材料的塑性行为在较低的应变率下更为显著。这种现象可能与金属玻璃内部的结构变化有关，尤其是在剪切变形过程中，局部的原子重组可能导致材料的塑性行为发生改变。此外，研究还提到，尽管金属玻璃在受力过程中会发生局部的变形，但其宏观塑性行为仍然可以通过不同的机制来解释。

为了进一步验证这些发现，研究团队对金属玻璃的结构和性能进行了系统的分析。首先，他们通过纳米压痕测试研究了不同合金在受力过程中的行为，发现含有铁的合金在较低应变下发生灾难性断裂，而含有钴的合金则表现出更高的塑性。这表明，不同的微合金化元素对金属玻璃的塑性行为产生了不同的影响。其次，通过APT分析，研究团队确认了这些合金中没有明显的元素聚类，说明它们在材料中具有较为均匀的分布。最后，通过4D-STEM分析，研究团队观察到了不同合金在结构上的差异，尤其是五重对称性的变化。

这些研究结果不仅对金属玻璃的结构和性能提供了新的理解，还为未来的材料设计和应用提供了指导。通过微合金化手段，研究者可以调控金属玻璃的微观结构，从而优化其宏观性能。例如，添加钴可以提高金属玻璃的塑性，而添加铁则可能导致材料在较低应变下发生断裂。因此，选择合适的微合金化元素对于改善金属玻璃的性能至关重要。

此外，研究还指出，金属玻璃的塑性行为与宏观应变率敏感性密切相关。应变率敏感性是指材料在不同应变率下的塑性表现差异。对于大多数金属玻璃而言，其应变率敏感性为负，这意味着材料的塑性行为在较低的应变率下更为显著。这种现象可能与金属玻璃内部的结构变化有关，尤其是在剪切变形过程中，局部的原子重组可能导致材料的塑性行为发生改变。此外，研究还提到，尽管金属玻璃在受力过程中会发生局部的变形，但其宏观塑性行为仍然可以通过不同的机制来解释。

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这些研究结果不仅对金属玻璃的结构和性能提供了新的理解，还为未来的材料设计和应用提供了指导。通过微合金化手段，研究者可以调控金属玻璃的微观结构，从而优化其宏观性能。例如，添加钴可以提高金属玻璃的塑性，而添加铁则可能导致材料在较低应变下发生断裂。因此，选择合适的微合金化元素对于改善金属玻璃的性能至关重要。

此外，研究还指出，金属玻璃的塑性行为与宏观应变率敏感性密切相关。应变率敏感性是指材料在不同应变率下的塑性表现差异。对于大多数金属玻璃而言，其应变率敏感性为负，这意味着材料的塑性行为在较低的应变率下更为显著。这种现象可能与金属玻璃内部的结构变化有关，尤其是在剪切变形过程中，局部的原子重组可能导致材料的塑性行为发生改变。此外，研究还提到，尽管金属玻璃在受力过程中会发生局部的变形，但其宏观塑性行为仍然可以通过不同的机制来解释。

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此外，研究还指出，金属玻璃的塑性行为与宏观应变率敏感性密切相关。应变率敏感性是指材料在不同应变率下的塑性表现差异。对于大多数金属玻璃而言，其应变率敏感性为负，这意味着材料的塑性行为在较低的应变率下更为显著。这种现象可能与金属玻璃内部的结构变化有关，尤其是在剪切变形过程中，局部的原子重组可能导致材料的塑性行为发生改变。此外，研究还提到，尽管金属玻璃在受力过程中会发生局部的变形，但其宏观塑性行为仍然可以通过不同的机制来解释。

为了进一步验证这些发现，研究团队对金属玻璃的结构和性能进行了系统的分析。首先，他们通过纳米压痕测试研究了不同合金在受力过程中的行为，发现含有铁的合金在较低应变下发生灾难性断裂，而含有钴的合金则表现出更高的塑性。这表明，不同的微合金化元素对金属玻璃的塑性行为产生了不同的影响。其次，通过APT分析，研究团队确认了这些合金中没有明显的元素聚类，说明它们在材料中具有较为均匀的分布。最后，通过4D-STEM分析，研究团队观察到了不同合金在结构上的差异，尤其是五重对称性的变化。

这些研究结果不仅对金属玻璃的结构和性能提供了新的理解，还为未来的材料设计和应用提供了指导。通过微合金化手段，研究者可以调控金属玻璃的微观结构，从而优化其宏观性能。例如，添加钴可以提高金属玻璃的塑性，而添加铁则可能导致材料在较低应变下发生断裂。因此，选择合适的微合金化元素对于改善金属玻璃的性能至关重要。

此外，研究还指出，金属玻璃的塑性行为与宏观应变率敏感性密切相关。应变率敏感性是指材料在不同应变率下的塑性表现差异。对于大多数金属玻璃而言，其应变率敏感性为负，这意味着材料的塑性行为在较低的应变率下更为显著。这种现象可能与金属玻璃内部的结构变化有关，尤其是在剪切变形过程中，局部的原子重组可能导致材料的塑性行为发生改变。此外，研究还提到，尽管金属玻璃在受力过程中会发生局部的变形，但其宏观塑性行为仍然可以通过不同的机制来解释。

为了进一步验证这些发现，研究团队对金属玻璃的结构和性能进行了系统的分析。首先，他们通过纳米压痕测试研究了不同合金在受力过程中的行为，发现含有铁的合金在较低应变下发生灾难性断裂，而含有钴的合金则表现出更高的塑性。这表明，不同的微合金化元素对金属玻璃的塑性行为产生了不同的影响。其次，通过APT分析，研究团队确认了这些合金中没有明显的元素聚类，说明它们在材料中具有较为均匀的分布。最后，通过4D-STEM分析，研究团队观察到了不同合金在结构上的差异，尤其是五重对称性的变化。

这些研究结果不仅对金属玻璃的结构和性能提供了新的理解，还为未来的材料设计和应用提供了指导。通过微合金化手段，研究者可以调控金属玻璃的微观结构，从而优化其宏观性能。例如，添加钴可以提高金属玻璃的塑性，而添加铁则可能导致材料在较低应变下发生断裂。因此，选择合适的微合金化元素对于改善金属玻璃的性能至关重要。

此外，研究还指出，金属玻璃的塑性行为与宏观应变率敏感性密切相关。应变率敏感性是指材料在不同应变率下的塑性表现差异。对于大多数金属玻璃而言，其应变率敏感性为负，这意味着材料的塑性行为在较低的应变率下更为显著。这种现象可能与金属玻璃内部的结构变化有关，尤其是在剪切变形过程中，局部的原子重组可能导致材料的塑性行为发生改变。此外，研究还提到，尽管金属玻璃在受力过程中会发生局部的变形，但其宏观塑性行为仍然可以通过不同的机制来解释。

为了进一步验证这些发现，研究团队对金属玻璃的结构和性能进行了系统的分析。首先，他们通过纳米压痕测试研究了不同合金在受力过程中的行为，发现含有铁的合金在较低应变下发生灾难性断裂，而含有钴的合金则表现出更高的塑性。这表明，不同的微合金化元素对金属玻璃的塑性行为产生了不同的影响。其次，通过APT分析，研究团队确认了这些合金中没有明显的元素聚类，说明它们在材料中具有较为均匀的分布。最后，通过4D-STEM分析，研究团队观察