非晶态合金中的局域流变和磁相互作用的耦合效应研究

The structure of amorphous alloys is heterogeneous at nanoscale. The localized flows inside amorphous alloys play an important role in their relaxations, plastic deformation, etc. Iron-based amorphous alloys etc. exhibit excellent soft-magnetic properties, and have been gradually applied in industry and our daily life; rare-earth-element-based amorphous alloys (like Er-, Nd-based amorphous alloys) are also potential magnetic functional materials. Pronounced magneto-elastic coupling effect has been discovered in iron-based amorphous alloys, etc. We will further explore the coupling effects of magnetic interactions among atoms or clusters and localized flows in amorphous alloys under different magnetic fields, temperatures and stresses, which include the magneto-viscoelastic and –plastic coupling effects. We will analyze how magnetic field, magnetic transformation affect the structural relaxations, plastic deformation, etc. in amorphous alloys, and how short-range ordered structure, structural relaxations, plastic deformation, etc. in amorphous alloys affect their magnetic domains and magnetic properties. We will obtain the evolving characteristics of the heterogeneous structure of amorphous alloys under the consideration of magnetic interactions, and the influence of the heterogeneous structure and its evolution processes upon the magnetic structure and magnetic properties of amorphous alloys. The researches will enrich the structural evolution theories of amorphous alloys like the relaxation and plastic flow theories. The results will be beneficial for controlling and optimizing the magnetic properties, etc. of amorphous alloys, and will also be significant for the application of amorphous alloys.

非晶态合金中存在纳米尺度的结构不均匀性，其局域流变对其弛豫行为、塑性变形等有着重要的影响。铁基等非晶态合金具有优异软磁性能，已被逐步广泛应用；铒基、钕基等稀土基非晶态合金也是潜在的磁性功能材料。研究发现铁基等非晶态合金具有明显的磁弹性耦合效应。我们将进一步研究在不同的磁场、温度、应力下非晶态合金中的原子或团簇间的磁相互作用和局域流变的耦合效应，包括磁-黏弹性、磁-塑性流变耦合效应。我们将分析磁场、磁结构转变对非晶态合金的结构弛豫、塑性变形的影响，以及非晶态合金的短程序结构、结构弛豫、塑性变形等对其磁畴结构、磁性能的影响。我们将得到存在磁相互作用时非晶态合金不均匀结构的演化特征，以及不均匀结构及其演化对磁结构、磁性能的影响。该研究将丰富非晶态合金的弛豫、塑性流变等结构演化理论，也将有利于控制、优化非晶态合金的磁性能等，对非晶态合金的应用有着十分重要的意义。

非晶合金中存在纳米尺度的局域弹性模量、密度等的不均匀分布，其中低密度区等缺陷结构的局域流变对其弛豫行为、塑性变形等有着重要的影响。而铁基非晶合金具有优异软磁性能，已被逐步广泛应用于电气、电力设备。非晶合金缺陷结构的原子、电子结构特征，对结构弛豫、塑性变形的影响机制，以及局域流变与磁相互作用的耦合效应等仍不清晰。我们研究了非晶合金复杂结构弛豫行为的动力学特征、短程及中程原子、电子结构起源，非晶合金的不均匀结构在弹性、塑性变形直至断裂过程中的演化，以及磁转变、磁场对非晶合金的弛豫等力学性能的影响。研究发现镧基非晶合金的快beta弛豫源于其中黏度极低的低电子密度区的局域流动，慢beta弛豫及alpha弛豫受以溶质原子为中心的密排等效原子团簇形成的中程序结构的影响。锆基非晶合金在弹性变形阶段形成沿剪切方向拉长的各项异性低密度区，在塑性变形阶段形成局域密度周期性波动的低密度剪切带；随着应变的增加，剪切带的厚度增加、密度减小，并逐渐演化成裂纹。铁基非晶合金中存在由自发磁化导致的受应力、应变影响的结构弛豫峰；通过磁场磁化调控磁畴结构可使得铁基非晶合金类液区的有效体积、黏度和弛豫时间增加3倍以上；不同方向的磁场退火可以使得铁基非晶合金的beta弛豫增强或减弱，但对塑性影响不大。该研究进一步澄清了非晶合金复杂弛豫行为的微结构起源、塑性变形的结构演化过程，有利于通过调控非晶合金的磁结构改善其弛豫等力学性能，对非晶态合金的应用有着十分重要的意义。