东北大学《Acta Materialia》：非晶复合材料重要成果

日前，东北大学材料科学与工程学院牟娟教授、王沿东教授课题组在国际材料顶级学术期刊《Acta Materialia》在线发表题为A stabilizedmartensitic nucleation mechanism in TRIP-reinforced metallic glass composites withfractal structure的研究论文。东北大学为该文的第一完成单位，材料科学与工程学院2019级博士、现冶金学院博士后赵子彦为第一作者，材料科学与工程学院牟娟教授和王沿东教授为共同通讯作者。东北大学先进亚稳金属材料研究中心、大连理工大学、美国阿贡国家实验室以及北京科技大学新金属材料国家重点实验室为合作研究单位。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120941

形结构具有复杂几何特征和自相似性，例如，自然界中的雪花在不同尺度下均呈现相似的微观形态，即无论放大多少倍，其细节结构始终保持与整体相似。非晶复合材料中的枝晶相同样展现出典型的分形特征。该文通过原位高能X射线衍射实验和有限元模拟分析，首次揭示了具有分形结构特征的TRIP强化非晶复合材料在形变诱发马氏体相变过程中呈现的独特的稳定形核机制。在弹塑性变形阶段，即非晶基体处于弹性变形而晶态相发生塑性变形的过程中，马氏体相变优先在曲率较高、曲率半径与加载轴约呈45°的位置形核，并在几何约束作用下长大受限。随着应变的增加，由分形结构诱发的稳定马氏形核机制导致了“马氏体诱发剪切带”和“剪切带诱发马氏体”的分阶段交互作用。

在前塑性阶段，变形机制主要由“马氏体诱发剪切带”主导，低体积分数的剪切带与马氏体以及二者的均匀分布特征，导致其具有较高的屈服应力。而在后塑性阶段，“剪切带诱发马氏体”机制占主导地位，多尺度的枝晶尺寸与枝晶间距促使该过程逐级进行，从而有效延长TRIP效应。这些由分形枝晶主导的变形机制有效突破了传统TRIP强化非晶复合材料中以牺牲强度来提升塑性的局限性。

图1 (a-e) 有限元模拟揭示分形结构诱发的稳定马氏体形核机制；(f-g) 原位衍射实验表征不同分形维度（D）复合材料中形变诱发相变转变特征，揭示分形维度对马氏体相变动力学影响。

图2 分形维度为1.18和1.68的复合材料微观结构演变以及变形机制示意图

该研究不仅拓展了对TRIP强化非晶复合材料中分形结构的基础认知，深化了对其变形机制的理解，同时为高性能复合材料的设计提供了新的理论支撑。上述研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的支持。

本文来自：东北大学。