日前，東北大學材料科學與工程學院牟娟教授、王沿東教授課題組在國際材料頂級學術期刊《Acta Materialia》在線發表題為A stabilizedmartensitic nucleation mechanism in TRIP-reinforced metallic glass composites withfractal structure的研究論文。東北大學為該文的第一完成單位，材料科學與工程學院2019級博士、現冶金學院博士后趙子彥為第一作者，材料科學與工程學院牟娟教授和王沿東教授為共同通訊作者。東北大學先進亞穩金屬材料研究中心、大連理工大學、美國阿貢國家實驗室以及北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室為合作研究單位。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120941

形結構具有復雜幾何特征和自相似性，例如，自然界中的雪花在不同尺度下均呈現相似的微觀形態，即無論放大多少倍，其細節結構始終保持與整體相似。非晶復合材料中的枝晶相同樣展現出典型的分形特征。該文通過原位高能X射線衍射實驗和有限元模擬分析，首次揭示了具有分形結構特征的TRIP強化非晶復合材料在形變誘發馬氏體相變過程中呈現的獨特的穩定形核機制。在彈塑性變形階段，即非晶基體處于彈性變形而晶態相發生塑性變形的過程中，馬氏體相變優先在曲率較高、曲率半徑與加載軸約呈45°的位置形核，并在幾何約束作用下長大受限。隨著應變的增加，由分形結構誘發的穩定馬氏形核機制導致了“馬氏體誘發剪切帶”和“剪切帶誘發馬氏體”的分階段交互作用。

在前塑性階段，變形機制主要由“馬氏體誘發剪切帶”主導，低體積分數的剪切帶與馬氏體以及二者的均勻分布特征，導致其具有較高的屈服應力。而在后塑性階段，“剪切帶誘發馬氏體”機制占主導地位，多尺度的枝晶尺寸與枝晶間距促使該過程逐級進行，從而有效延長TRIP效應。這些由分形枝晶主導的變形機制有效突破了傳統TRIP強化非晶復合材料中以犧牲強度來提升塑性的局限性。

圖1 (a-e) 有限元模擬揭示分形結構誘發的穩定馬氏體形核機制；(f-g) 原位衍射實驗表征不同分形維度（D）復合材料中形變誘發相變轉變特征，揭示分形維度對馬氏體相變動力學影響。

圖2 分形維度為1.18和1.68的復合材料微觀結構演變以及變形機制示意圖

該研究不僅拓展了對TRIP強化非晶復合材料中分形結構的基礎認知，深化了對其變形機制的理解，同時為高性能復合材料的設計提供了新的理論支撐。上述研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金項目的支持。