一、成果名称：
非晶合金力学弛豫与非弹性变形的结构演化机制
二、主要完成单位：
西北工业大学；中国科学院力学研究所；香港城市大学
三、主要完成人：
乔吉超；段亚娟；吕国建；王兵；王云江；杨勇；陶凯；梁淑一；张浪渟；邢光辉；郝奇
四、成果简介：
本项目属于基础研究类，固体力学与凝聚态物理交叉领域。非晶合金具有长程无序、短程有序的原子结构特征，兼具高强度、高弹性极限、耐腐蚀和优良功能特性，在航空航天、微纳器件、生物医用和先进制造等领域具有重要应用前景。然而，非晶合金本质上处于热力学亚稳态，其结构状态对时间、温度和外加载荷极为敏感，在服役过程中普遍伴随着动态弛豫、应力松弛、蠕变、循环累积变形以及局域塑性失稳等复杂非平衡行为。由于非晶合金中不存在传统晶体材料中清晰定义的位错、晶界等结构缺陷，其宏观力学响应与微观结构演化之间长期缺乏统一认识。因此，揭示非晶合金弛豫动力学与非弹性变形过程中的结构演化机制，对于理解非晶态物质的变形特征、建立结构与性能关联和发展高性能非晶合金调控理论具有重要科学意义。
图1 非晶合金发展历程
本项目围绕非晶合金弛豫动力学与非弹性变形结构演化机制这一核心科学问题，选取典型非晶合金及高熵非晶合金为研究对象，综合采用动态力学分析、应力松弛、蠕变、循环加载、纳米压痕、量热分析和理论建模等研究手段，系统研究了不同热力学和力学激励条件下非晶合金的弛豫谱演化、结构状态转变和非弹性变形规律，建立了结构非均匀性、原子协同运动和宏观力学响应之间的关联。主要研究内容及取得的成果有：
（1）首次揭示了非晶合金弛豫动力学与结构平衡化演化之间的内在联系。通过对应力松弛、蠕变和动态力学行为的系统研究，阐明了动态弛豫谱与黏弹响应之间的对应关系，发现具有显著弛豫特征的非晶合金在应力松弛和蠕变过程中可表现出由双阶段向单阶段演化的温度依赖规律，说明弛豫行为与结构非均匀性的演变密切相关。进一步在高熵非晶合金中建立了应力松弛与热力学平衡化动力学之间的关联，指出长期结构弛豫并非仅由单一弛豫过程控制，而是对应更宽的激活能分布和更复杂的动力学非均匀性演化过程；并结合结构演化动力学模型，揭示了不同层级变形单元在弛豫与蠕变过程中的协同演化规律，深化了对非晶合金从玻璃态向过冷液态转变过程中弛豫动力学行为的认识。
（2）建立了非晶合金非弹性变形与结构状态演化的统一描述方法。基于热激活变形分析方法，提出了以应变为核心表征量的蠕变分析思路，实现了对激活体积、激活能及变形单元演化的定量刻画；通过在非弹性变形理论中引入结构状态参数，统一描述了时效诱导有序化与变形诱导回春无序化的竞争关系，明确了小变形条件下时效主导、大变形条件下时效与回春共同作用的结构演化规律；在循环载荷作用下，建立了棘轮变形、黏性变形和缺陷浓度演化之间的耦合模型，揭示了结构弛豫与应力驱动无序化共同决定非晶合金非弹性应变累积行为的物理机制，从而形成了面向蠕变、应力松弛和循环变形过程的统一描述思路。
（3）阐明了结构能量状态和结构非均匀性对局域非弹性变形行为的调控机制。通过高熵非晶合金应力松弛实验、压痕蠕变实验及理论分析，揭示了不同结构状态下非晶合金在弛豫动力学、局域流动单元激活、粘弹性响应和压痕蠕变动力学方面的差异，建立了结构松弛/回春与局域非弹性变形载体演化之间的关系；在高熵非晶合金中，发现应力松弛过程体现出结构非均匀性主导下的层级动力学特征，阐明了热激活与应力驱动共同作用下变形单元和激活能谱的演化规律；在不同结构状态的非晶合金中，揭示了局域蠕变响应对初始结构状态的敏感性，建立了结构能量状态、结构非均匀性与局域变形响应之间的联系。
综上所述，本项目围绕非晶合金弛豫动力学与非弹性变形中的结构演化问题，形成了从弛豫动力学表征、非弹性变形统一描述，到局域塑性失稳机制研究的较完整研究体系，建立了非晶合金结构状态、弛豫动力学与宏观力学响应之间的系统关联，丰富和发展了非晶态物质力学行为的基础理论。主要研究内容及成果如图2所示，8篇代表性论文发表于 Physical Review Letters、International Journal of Plasticity、International Journal of Mechanical Sciences、International Journal of Fatigue、International Journal of Engineering Science、Mechanics of Materials 和 Science China Physics, Mechanics & Astronomy 等本领域重要学术期刊。相关研究为非晶合金特别是高熵非晶合金的结构调控、性能优化及工程应用提供了重要理论依据。
图2 项目主要内容及成果
五、主要知识产权（标准、规范）目录
序号 | 知识产权 类别 | 知识产权 名称 | 国家 （地区） | 授权号 （批准号） | 授权日期 | 证书编号 | 权利人 | 发明人 |
1 | 发明专利 | 一种通过动态弛豫分析预测非晶合金的缺陷浓度的方法 | 中国 | ZL 2024 1 1834916.7 | 2025-11-11 | 8455650 | 西北工业大学 | 乔吉超;吕国建;朱凡;崔静波;段亚娟;宁晰琳;王添鑫 梁怡敏 |
承诺：上述知识产权未曾在已获或正在申报国家级、省（部）级和厅局（地市）级奖励项目中作为支撑材料出现。用于推荐陕西高校科学技术研究优秀成果的情况，已征得未列入成果主要完成人和主要完成单位的权利人（专利指发明人）的同意。
六、代表性论文专著目录
承诺：该表所列论文专著的知识产权归国内所有且无争议，未曾在已获或正在申报国家级、省（部）级和厅局（地市）级奖励项目中作为支撑材料出现。用于推荐陕西高校科学技术研究优秀成果的情况，已征得未列入成果主要完成人和主要完成单位的作者的同意，其中，未列入成果主要完成人的第一作者、通讯作者（含共同第一作者、共同通讯作者）已出具知情同意书面签字意见。因未如实告知上述情况而引起争议，且不能提供相应存档备查的证件，本人愿意承担相应责任，并接受处理。
七、完成人合作关系情况汇总表
序号 | 合作方式 | 合作关系人及排名 | 合作时间 | 合作成果 |
1 | 论文合著 | 段亚娟，排名第2 | 2019-03-01至2024-01-29 | 代表作1、4 |
2 | 论文合著 | 吕国建，排名第3 | 2016-09-01至2024-02-27 | 代表作3 |
3 | 论文合著 | 王兵，排名第4 | 2021-09-01至2024-06-08 | 代表作6 |
4 | 论文合著 | 王云江，排名第5 | 2016-09-01至2024-09-08 | 代表作1、2、3、4、6、7、8 |
5 | 论文合著 | 杨勇，排名第6 | 2016-09-01至2024-04-11 | 代表作1、2、3、8 |
6 | 论文合著 | 陶凯，排名第7 | 2020-03-01至2023-12-31 | 代表作5 |
7 | 论文合著 | 梁淑一，排名第8 | 2022-09-01至2024-09-08 | 代表作6、7 |
8 | 论文合著 | 张浪渟，排名第9 | 2020-09-01至2024-02-07 | 代表作2、6 |
9 | 论文合著 | 邢光辉，排名第10 | 2016-09-01至2024-04-11 | 代表作8 |
10 | 论文合著 | 郝奇，排名第11 | 2021-03-01至2024-02-27 | 代表作3、8 |
承诺：本人作为第一完成人，对本成果完成人合作关系及上述内容的真实性负责，特此声明。
公示日期2026年4月22-2026年4月29日
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科技处
2026年4月22日