金屬玻璃作為一種新型合金，具有優良力學和物理性能，在工程實際中具有十分廣闊的應用前景。一般來說，金屬玻璃焓與其力學性能是息息相關的，即焓越高，塑性越大，硬度越低，反之亦然。因此可以通過改變金屬玻璃的焓來調整力學性能。在結構弛豫狀態下，通常通過玻璃轉變溫度以下的物理時效來獲得處于低能態的金屬玻璃(高硬度和低塑性)。另一方面，在年輕化狀態下，例如經過深冷循環處理后金屬玻璃能量狀態得到提升，硬度降低，塑性得到提高。研究表明，金屬玻璃焓和力學性能之間的耦合歸因于軟區或流變單元中的局部原子重排。然而目前尚不清楚在玻璃轉變溫度以下的溫度窗口內能否實現與大規模原子重排相對應的α弛豫的激活及其對熱焓和力學性能的影響。因此，當α弛豫的激活發生時，焓和力學性能之間的耦合是否仍然成立仍是一個亟待解決的問題。

基于此，中國科學院金屬研究所李毅研究員團隊通過Flash DSC探究了Au基金屬玻璃焓和硬度的演化，發現了一種焓和力學性能的解耦關系。相關論文以題為“Decoupling between enthalpy and mechanical properties in rejuvenated metallic glass”發表在Scripta Materialia上。

圖1不同能量狀態下金屬玻璃的DSC曲線，插圖為局部放大。

圖2年輕化樣品和弛豫態樣品之間的比熱差異。插圖為年輕化樣品的ΔCp曲線及峰值擬合曲線。

圖3a)金屬玻璃焓和虛擬溫度隨年輕化溫度的演化; b)硬度隨年輕化溫度的演化。

圖4 焓和微觀結構隨溫度演化的示意圖。

在本研究中，在較低冷卻速率下獲得了弛豫態金屬玻璃。在緩慢冷卻過程中自由體積湮滅。在隨后的熱處理過程中，產生的高能態缺陷在隨后的極速冷卻過程中被部分凍結，誘導β弛豫的重新激活，伴隨硬度降低。隨著年輕化處理溫度的升高，更多的β弛豫位點被重新激活并凍結在金屬玻璃中，導致硬度進一步降低。當年輕化溫度進一步升高時，孤立的類液體區域彼此連接，此時大規模結構重排發生，對應于α弛豫的激活。由于溫度仍低于玻璃轉變溫度，金屬玻璃還未進入過冷液體區，因此這些連接的類液體區仍被類固體基質包裹。然而，這種大規模的結構重排為化學短程有序(CSRO)的形成提供了機會，該化學短程有序(CSRO)被認為對金屬玻璃能態沒有影響，但對其力學性能有顯著影響。因此，在金屬玻璃能態提高時，硬度并不持續減小。CSRO的形成和硬點的形成都削弱了類液區增加所引起的軟化趨勢，并在宏觀上表現出焓與硬度之間的解耦關系。這一研究結果為設計具有優良力學性能的金屬玻璃提供了新的思路。