基于化学复合合金化和结晶混淆策略设计铝基复杂混淆金属玻璃

本研究针对传统Al-Ni-RE（稀土）金属玻璃(MGs)玻璃形成能力(GFA)和过冷液相区(ΔTx)的固有局限，通过引入多组元等摩尔RE元素(La/Ce/Nd/Gd/Y/Er)并调控电负性差(Δψ)至临界值(Δψcrit=0.14)，开发出新型Al84Ni10(NdGdY/NdGdYEr)6复杂混淆金属玻璃(CCMGs)。Flash DSC证实其临界冷却速率较单RE体系降低50%，纳米压痕显示剪切带成核呈现双峰分布。该研究为同步优化GFA、脆性和本征塑性提供了新策略。

　　

在材料科学领域，铝基金属玻璃因其轻量化、高强度等特性备受关注，但其较差的玻璃形成能力(GFA)和狭窄的过冷液相区(ΔT_x)长期制约着实际应用。传统Al-Ni-RE（稀土）体系通过单一稀土元素调控性能已接近瓶颈，如何突破这些限制成为关键科学问题。首尔国立大学(Seoul National University)材料科学与工程学院的研究团队创新性地提出"化学复合合金化+结晶混淆"双轨策略，通过引入多组元稀土元素和精准调控电负性差(Δψ)，成功开发出性能突破的新型铝基复杂混淆金属玻璃(CCMGs)，相关成果发表在《Materials》上。

研究采用电弧熔炼结合急冷甩带制备样品，通过X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HR-TEM)表征微观结构，差示扫描量热法(DSC)和闪速DSC(Flash DSC)分析热力学行为，并运用纳米压痕技术统计研究剪切带成核特性。特别值得注意的是，团队建立了时间-温度-转变(TTT)和连续冷却转变(CCT)曲线来定量评估GFA提升效果。

在"多组元RE添加增强热稳定性"部分，研究发现当Δψ接近临界值0.14时，Al₈₄Ni₁₀RE₆体系的ΔT_x出现异常增大现象。TEM证实此时结晶行为处于共晶与初晶转变边界，Nd₂Gd_{22样品同时存在FCC-Al纳米晶和Al19Ni5Gd3金属间化合物，证实了结晶路径混淆效应。}

"Flash DSC确定活化能与脆性"章节显示，CCMGs的玻璃转变活化能(E_Tg)显著高于单RE体系，Angell曲线计算得出其动力学脆性指数(m_dyn)增加约15%。Cohen-Grest模型分析表明，这种"高稳定性-高脆性"并存特性源于RE-Al键合复杂性导致的自由体积增多。

通过"纳米硬度测试"发现，CCMGs的硬度(4.60±0.20 GPa)虽略低于单RE体系，但剪切带成核呈现显著双峰分布，软模式(低载荷峰)占比提升至54-57%，证实材料内部形成了更多松散堆积区域。TTT/CCT分析最终表明，CCMGs的临界冷却速率降低50%，验证了结晶混淆策略对GFA的提升效果。

该研究首次将化学复合合金化与结晶路径调控相结合，突破了铝基金属玻璃性能优化的传统范式。通过建立Δψ_crit与λ_crit的定量关系，为设计具有特定GFA-脆性组合的金属玻璃提供了理论框架。特别值得注意的是，研究揭示的多组元诱导结构异质性机制，不仅适用于铝基体系，也为其他边际玻璃形成体系开发开辟了新思路。这种能同步优化成形性能和机械性能的材料设计策略，对推动金属玻璃在航空航天、消费电子等领域的应用具有重要价值。