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孿晶是HCP金屬中最常見的變形模式，在Mg中很容易被激活。通過實(shí)驗(yàn)觀察到長(zhǎng)基底棱柱(long BP，long basal-prismatic)界面在Mg(≥2nm){102}<011>上由孿晶包圍，但這些長(zhǎng)BP界面的形成未被研究，對(duì)孿晶的作用仍不清楚。
近日，來自美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)機(jī)械和材料工程及美國(guó)內(nèi)布拉斯加材料和納米科學(xué)中心聯(lián)合研究的一項(xiàng)最新表明：利用實(shí)驗(yàn)和原子模擬相結(jié)合的方法，對(duì)孿晶的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行更加全面的研究，從而研究了在Mg合金中長(zhǎng)BP界面的形成與穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)該方面的技術(shù)短缺提供了理論支持。相關(guān)論文以題為“Formation and stability of long basal-prismatic facets in Mg”于2月15日發(fā)表在Acta Mater。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645419308183
在這項(xiàng)研究中，研究人員通過透射、拓?fù)浞治黾胺肿觿?dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法，并比較了原子模擬獲得的這些構(gòu)型的能量，發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)變發(fā)生在兩個(gè)步驟中：(1)由長(zhǎng)度小于2 nm的相干BP界面組成的鋸齒狀界面結(jié)合在一起，并形成一個(gè)長(zhǎng)而直的相干BP界面，(2)這些長(zhǎng)相干的BP界面迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥毕莸乃沙诿?。重要的是，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)的BP界面相對(duì)不動(dòng)，并且在重新加載后會(huì)衰減成更動(dòng)的鋸齒狀遷移之前的接口。提出的工作表明，孿晶生長(zhǎng)過程中BP界面的原子構(gòu)型與TEM觀察到的松弛BP界面顯著不同。
圖1 在不同時(shí)間獲得的{102}晶面孿晶尖端的形貌：(a)在TEM表征開始時(shí)，(b)在電子束下12分鐘后
圖2 松弛過程中{102}晶面孿晶矩陣界面的移動(dòng)(沿方向觀察)
在通過HRTEM和MD模擬觀察到的松弛過程中，此構(gòu)型轉(zhuǎn)換為直的半相干BP小界面，每14到17個(gè)基面具有I2 SF或位錯(cuò)偶極子，以適應(yīng)柏氏矢量。重要的是，這種轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)BP小界面的形成提供了另一種機(jī)制，其中缺陷并非不同小平面之間的結(jié)合點(diǎn)充當(dāng)固定點(diǎn)。
此外，直且長(zhǎng)時(shí)松弛的BP小界面退化成鋸齒狀界面，以在進(jìn)一步載荷下促進(jìn)孿晶生長(zhǎng)。無論最終構(gòu)型的差異如何，HRTEM和MD模擬的結(jié)果均表明，小界面的松弛構(gòu)型不是促進(jìn){102}晶面孿晶生長(zhǎng)的構(gòu)型，因?yàn)殚L(zhǎng)BP界面在遷移之前已退化為鋸齒狀構(gòu)型。這突出研究了孿晶生長(zhǎng)過程中單個(gè)界面移動(dòng)的原位表征技術(shù)和計(jì)算方法的重要性。
圖3 通過2個(gè)步驟形成長(zhǎng)BP小界面的示意圖
這項(xiàng)研究為進(jìn)一步了解長(zhǎng)BP界面的形成及其對(duì){102}晶面孿晶生長(zhǎng)的重要性提供了參考。在孿晶生長(zhǎng)過程中，長(zhǎng)BP界面呈鋸齒狀，并由多個(gè)小的相干段組成。長(zhǎng)BP界面生長(zhǎng)機(jī)制的提出有望在微觀結(jié)構(gòu)中對(duì)Mg合金的研究提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)。該理論的發(fā)現(xiàn)如果得以與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，將有利于Mg合金在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。
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