2019创新研究群体项目-高性能金属材料
批准号        51921001       
项目负责人        吕昭平       
依托单位        北京科技大学
资助金额        1050.00万元       
项目类别        创新研究群体项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2024 年 12 月 31 日

北科大吕昭平教授Prog. Mater. Sci.综述:铁基块体非晶合金的玻璃形成、制备、性能和应用

传统铁基非晶合金通常在临界冷却速率大于106K/s时，通过对金属液体快冷，制成条带、粉末或线材。在1967年，Duwez及其合作者制备得到非晶态Fe-P-C合金，是首次引入铁基金属玻璃的概念。自1995年Fe-Al-Ga-P-C-B块体金属玻璃（bulk metallic glass,简称BMG）首次被制备以来，研究者们对铁基块体非晶合金展开了大量的研究。铁基金属玻璃生产成本低、具有更高的强度和硬度、良好的热稳定性、高的耐腐蚀性和耐磨性能、高的饱和磁化强度、低的矫顽力和铁损，满足了高耐蚀耐磨涂层、高性能软磁材料、生物医用材料、催化材料等工业应用需求，是独特而重要的一类材料，具有广阔的应用前景。

过去的20多年里，众多非晶工作者在铁基块体非晶合金这一研究领域做了大量研究，也发表了数量可观的学术论文，并且铁基非晶合金已经在变压器铁芯和耐磨耐蚀涂层等领域获得了广泛应用。然而，截至到目前，铁基非晶合金的发展现状和未来走向仍缺乏完整而系统化的描述。

近日，北京科技大学的吕昭平教授在Progress in Materials Science上发表了题为“Fe-based bulk metallic glasses: glass formation, fabrication, properties and applications”的综述文章。该篇综述呈现了过去20多年来有关铁基块体非晶合金的研究进展和取得的成果，包含制备、玻璃形成能力、结晶特性、力学性能、腐蚀行为、磁学性能和工业应用等几个方面。此外，文章基于作者的理解指出了这一学科领域未来的发展方向。

吕昭平教授2003年发现稀土元素钇在铁基非晶中的吸氧和合金化的双重效应（Lu ZP et al. Role of yttrium in glass formation of Fe-based bulk metallic glasses. Appl. Phys. Lett. 2003;83: 2581-2583）；2004年在世界上首次制备出厘米级铁基块体非晶合金（Lu ZP et al. Structural amorphous steels. Phys Rev Lett.2004;92:245503）; 与传统观念相悖，2009年发现一定量的氧反而能促进铁基非晶的形成（Li HX et al. Glass-forming ability enhanced by proper additions of oxygen in a Fe-based bulk metallic glass. Appl. Phys. Lett. 2009;95:161905）; 2011年报道了同时具备高非晶形成能力和高的饱和磁化强度的铁基块体非晶合金（Gao J et al. Effects of nanocrystal formation on the soft magnetic properties of Fe-based bulk metallic glasses. Appl. Phys. Lett. 2011;99:052504.）；2013年制备出不含任何类金属的铁基块体非晶合金复合材料（Gao JE et al. Fe-based bulk metallic glass composites without any metalloid elements. Acta Mater. 2013;61:3214-3223）；2017年发现即使微量氧也会急剧降低铁基块体非晶合金的压缩塑性（Li HX et al. Influences of oxygen on plastic deformation of a Fe-based bulk metallic glass: Scripta Mater. 2017;135:24-28.）。本次发表在Progress in Materials Science上的综述文章，是吕昭平教授团队多年在铁基块体非晶合金领域耕耘的结果，对这一领域的进一步发展会产生积极的促进作用。

这篇综述文章详细回顾了铁基块体非晶合金二十多年来的研究进展，重点关注近期在制备、玻璃形成能力、热稳定性、结晶特性、力学性能、腐蚀性能、磁学性能以及工业应用方面的成果。主要内容可总结为以下几个方面：

第一部分，系统讨论了铁基块体非晶合金的产生、发展历史和现状；第二部分，对铁基块体非晶合金的玻璃形成能力和玻璃形成进行了梳理；第三部分，系统地回顾了铁基块体非晶合金的制备方法；第四部分对铁基块体非晶合金的性能进行了回顾，主要关注力学性能、抗腐蚀性和磁学性能；第五部分，作者主要总结了铁基块体非晶合金的工业应用。除了作为软磁材料之外，还有如抗蚀抗磨涂层、生物医用材料、微型马达的精密齿轮、催化材料等应用方向。文章最后，作者还提出了铁基块体非晶合金研究中目前仍存在的七大关键挑战。

文献链接：Fe-based bulk metallic glasses: glass formation, fabrication, properties and applications（Progress in Materials Science, Volume 103, June 2019, Pages 235-318）

吕昭平

教授主持完成的“块体非晶合金的结构与强韧化研究”获国家自然科学二等奖

吕昭平教授主持完成的“块体非晶合金的结构与强韧化研究”项目围绕新一代结构材料——块体非晶合金研究的关键科学问题开展研究，揭示了非晶合金原子结构特征及原子堆垛的普适规律，提出了非晶合金强韧化的新思路和组织调控机制，建立了在无序固体中通过有序结构强韧化的新理论，实现了组织性能的可控制备，催生了新的非晶结构和强韧化研究方向，不仅为澄清非晶合金原子层次的堆垛结构做出了重要贡献，还为发展高性能非晶合金材料提供了理论依据和新思路。