西南科大余家欣等工作：应力驱动原子级平整块体金属玻璃表面划痕诱导的加工硬化

金属玻璃在微纳器件、精密成型与表面加工中应用广泛，但其室温塑性变形易发生剪切局域化，常伴随摩擦力波动与损伤失稳，限制其服役可靠性与加工可控性。

已有研究表明，在三轴应力约束与小受载体积条件下，结构弛豫增强可能促使变形由软化转向致密化流动并产生硬化，但在纳米划痕摩擦过程中该弛豫演化缺乏直接证据。因此，揭示纳米划痕下加工硬化与结构弛豫的结构起源，对提升金属玻璃抗失稳能力与实现可控微纳加工具有重要意义。

日前，西南科技大学余家欣教授、赖建平副教授等观察到Pt基金属玻璃在纳米摩擦过程中原子结构的致密化与有序化，揭示了纳米摩擦诱导金属玻璃表面加工硬化的内在机制。该发现可用于指导微纳尺度接触界面的表面工程设计。相关研究成果以“Scratch-induced work hardening of an atomically flat bulk metallic glass by stress-driven structural ordering”为题在Friction上发表。研究人员以原子力显微镜（AFM）纳米划痕为核心手段，基于热塑压印方法制备出原子级平整的Pt基块体金属玻璃表面，并选用小半径金刚石针尖实现三轴应力状态下样品受应力体积与应力水平的精确调控；结合原位摩擦力信号与划痕形貌表征，定量揭示划痕区摩擦响应随变形演化的规律；进一步采用聚焦离子束技术与高分辨透射电子显微镜分析加工硬化过程金属玻璃结构在原子尺度的演化规律，对比划痕前后亚表层的有序团簇演化及局部有序层特征，揭示了金属玻璃原子结构在高应力条件下的结构弛豫与致密化流动是主导其加工硬化的内在机制。以Pt基块体金属玻璃为研究对象，基于原子级平整表面与小半径AFM针尖纳米划痕实现三轴应力约束受载的摩擦实验，揭示了纳米摩擦条件下加工硬化行为的变化规律。进一步结合摩擦力曲线与划痕形貌分析，分析了划痕区摩擦力衰减与变形模式的演化规律；并通过聚焦离子束技术与高分辨透射电子显微镜等结构表征方法，直接观测到亚表层中有序团簇及循环作用下局部有序层的形成，阐明了应力驱动结构弛豫与致密化流动抑制剪切局域化、进而诱发硬化的内在机制，从而为金属玻璃纳米尺度变形过程中的均匀变形提供了机制依据与调控思路。