与晶态合金相比，非晶合金的结构很难清晰定量地被表征与描述，其力学行为也难以通过传统位错理论等加以分析。同时，非晶合金的强韧化也难以通过传统理论与方法实现。相较复杂的原子排列结构，非晶合金的弹性常数可以通过无损的方法方便测得，并且往往能够与其力学行为密切关联。近期，中国科学院金属研究所张哲峰研究员和刘增乾博士等从非晶合金的微观结构特征与变形机理出发，在理论上建立了合金成分、结构及力学行为（包括变形与韧脆转变、强度与断裂以及强韧化）与其弹性之间的定量关系并揭示了相关机理，上述关系解释了一些重要的实验现象并得到了大量实验数据的验证。相关研究有望加深人们对于非晶合金的结构与力学行为的理解，并且针对非晶合金从弹性出发建立一套完全不同于传统晶态合金的研究思路和分析方法。

　　此项研究内容主要包括：1）从成分出发精确预测与设计弹性。揭示了根据传统复合材料的混合定律预测非晶合金弹性的不合理性及其机理，从非晶态结构与微观不均匀性出发，建立了合金成分与弹性常数的统一定量关系，实现了弹性的精确预测与设计，计算结果与实验值吻合良好。2）从弹性出发揭示结构特征。发现了非晶合金中普遍存在的反常软化现象，即剪切模量随基体含量的增加而降低，提出了非晶结构的双相模型，揭示了非晶结构的局域不均匀性特征及其与宏观力学性能的关系。3）从弹性出发揭示变形与韧脆转变机理。从热力学角度定量分析了非晶合金微观剪切变形与开裂的能量驱动力与阻力，提出了反映变形模式与韧脆转变的基本热力学准则，揭示了泊松比影响变形模式及韧脆转变的机理，并提出了一个统一参数δ以表征材料塑性变形与开裂的相互竞争关系。4）从弹性出发揭示强度与断裂机理。从能量角度揭示了非晶合金抵抗剪切与开裂的能力，建立了宏观断裂模式因子α与泊松比ν的定量关系 ，并运用椭圆断裂准则，实现了由弹性出发预测各种非晶合金在不同应力状态下的临界断裂条件、强度与断裂行为，理论计算结果与实验结果吻合良好，如图1所示。5）从弹性出发实现合金强韧化。揭示了非晶合金强度与韧性间的相互制约关系及其机理，阐明了强度、韧性及总体强韧性水平的决定因素，提出了从弹性角度实现非晶合金强韧化的理论与方法以及“成分-弹性-力学性能”的整体强韧化思路，如图2所示。

　　上述研究成果发表在Applied Physics Letters 113 (2013) 181909，Journal of Applied Physics 114 (2013) 243519，Philosophical Magazine Letters 94 (2014) 658-668，Journal of Applied Physics 115 (2014) 163505，Journal of Applied Physics 115 (2014) 203513，以及Journal of Applied Physics 117 (2015) 014901。

　　此项相关研究得到了尊龙凯时重点项目（51331007）和中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室葛庭燧奖研金的资助。

　　图1 根据弹性常数计算得到的Zr_52.5Ni_14.6Al₁₀Cu_17.9Ti₅非晶合金的临界断裂条件及其与实验结果的比较。

　　图2 （a）不同体系非晶合金剪切模量与泊松比之间的关系以及（b）从弹性出发实现非晶合金强韧化的思路。