近日，國際材料領域頂級綜述期刊《Progress in Materials Science》IF=31.56發表了浙江大學材料科學與工程學院江建中教授團隊聯合澳大利亞堪培拉澳大利亞國立大學能源變化研究所撰寫的長篇綜述論文“Bulk metallic glass composites containing B2 phase”。

本文系統地綜述了這些有前途的M玻璃中B2晶體的形成，以及SMPs對BMG復合材料塑性應變和加工硬化的影響。用于鑄態非晶復合材料中B2析出相的形成與合金成分、冷卻速度和熔化電流等參數密切相關。在快速淬火過程中，B2相將與熔融合金液、脆性共晶化合物和Ms相競爭，這些挑戰是非晶態基體的保留與B2相形成之間的平衡，以及玻璃態復合材料尺寸的調整與共晶化合物的限制。相比之下，對于退火的玻璃態復合材料，B2晶體的形成對合金成分、加熱速率、退火溫度和停留時間敏感。在退火過程中，必須很好地平衡加熱速率、熱分布和退火溫度。通常，快速淬火和退火工藝對B2相的形成和玻璃態復合材料的制備有很大的影響。

在此基礎上，作者指出B2相形成和靶區的缺陷，提出相應的解決方案。進一步將所有研究的“M-玻璃”候選材料分為五類：（1）ZrCo基玻璃基復合材料；（2）ZrCu基玻璃基復合材料；（3） TiNi/TiCu基玻璃態復合材料；（4）含有亞穩β-Ti相的Ti/Zr-BMG復合材料；（5）B2型相通過原位和/或非原位方式加入Mg基BMG復合材料。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0079642521000232

自60年前第一種金屬玻璃被發現以來，人們對塊狀金屬玻璃（BMGs）進行了廣泛的研究。與全晶態合金相比，BMGs具有高強度、高硬度、高彈性極限等優異的力學性能，是一種很有前途的結構材料。對于結構應用至關重要，長期以來，BMG的尺寸一直是研究的中心目標，迄今為止，鑄態Zr-、La-Ti-、Pd-和Fe-BMG的尺寸已達到幾厘米到幾十厘米。然而，由于BMGs缺乏加工硬化，導致塑性應變集中在一個或幾個主要剪切帶內，從而在屈服點后不久發生災難性破壞。一些早期提高BMG塑性和韌性的努力包括加入原位或非原位韌性晶相，以調節剪切帶（SBs）的行為。然而，從安全的角度來看，加工硬化對于BMGs的結構應用是必要的。

在特殊的加載應力狀態下或納米尺度范圍內，觀察到了單片金屬玻璃的加工硬化現象。然而，直到馬氏體玻璃（M-玻璃）的引入，BMGs在一般加載條件下的加工硬化才得以實現，M-玻璃由玻璃基體和一些特定的晶相組成，如亞穩母相B2。在外加應力作用下，B2相較軟時，晶體/玻璃界面處的主SBs被阻滯，而次SBs被激發，從而增加了M玻璃的塑性。此外，B2晶體可發生馬氏體相變（MT），轉變為較硬的單斜馬氏體相（B19/、B33或α/-Ti），并在新形成的馬氏體相中觀察到孿晶形成，表現出加工硬化效應和相變誘發塑性（TRIP）。研究表明，含B2相Zr-Cu-Al-Co/Nb的M玻璃具有明顯的加工硬化和高達7%的拉伸塑性。迄今為止，已經發現了幾種M-玻璃體系，包括CuZr-、TiCu-、TiNi、ZrCo和Ti/Zr基合金。

為了獲得優異的力學性能，有必要調整玻璃基體的微觀結構，特別是B2/亞穩β-Ti相在玻璃基體中的分布、尺寸、形狀和體積分數。這些形狀記憶韌性相的形成和玻璃基體的形成是兩個相互競爭的過程，復合材料的最佳結構取決于成分和冷卻速率等多個參數。如果容易形成B2以外的脆性晶相，情況會變得更加復雜。因此，從一個合金體系獲得的經驗知識可能無法傳遞到另一個合金體系。例如，Zr/Cu比值接近1的CuZr基“M-玻璃”復合材料，由于Cu50Zr50具有良好的玻璃形成能力，可以通過快速淬火制備出含B2的BMG復合材料。然而，對于ZrCo基玻璃態合金，發現GFA和B2-ZrCo相的形成是相互排斥的。另一個體系是具有優異GFA的Ti/Zr基合金，其中亞穩β-Ti相的形成對穩定劑的含量和類型敏感。本文綜述了近年來幾種M玻璃體系的研究進展，著重討論了影響玻璃基體和B2相形成的重要參數及其對力學性能的影響。

圖1 （a）ZrCu、ZrCo、TiNi和TiCu的B2型相的體心立方（BCC）結構（Pm/3m，221，立方）[152]；開口圓和實心圓分別表示B2-ZrCu相中的Cu和Zr原子，B2-ZrCo相中的Co和Zr原子，B2-TiNi相中的Ni和Ti原子，B2-TiCu相中的Cu和Ti原子；（b）馬氏體B19相的結構；（c） 馬氏體B19/相的結構。

圖2 微合金元素含量與溫度的關系。

表示馬氏體相冷卻時的起始溫度