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南工大《Scripta Materialia》揭示Al-Zn-Mg-Cu合金的同步剪切相變！

2022-02-16 10:29:08 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

導(dǎo)讀：本文采用原子分辨率高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）研究峰時效Al-Zn-Mg-Cu合金中η-MgZn 2 Laves相從C14到C15結(jié)構(gòu)的相變理論（DFT）計算。形成有序的 C15 結(jié)構(gòu) MgZn 2首次在 Al-Zn-Mg-Cu 合金中觀察到獨立析出物。通過在每隔一個滑動平面中激活同步剪切，確認 C15 結(jié)構(gòu)從 C14 轉(zhuǎn)變，這涉及由 Laves 相三層中的兩個 Schockley 部分位錯引起的剪切。此外，由于多次同步剪切，形成了類孿晶結(jié)構(gòu)和五重對稱孿晶構(gòu)成C15結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果擴展了對 Al-Zn-Mg-Cu 合金中 η-MgZn 2析出物wwwwwwww的結(jié)構(gòu)理解。

Laves相的分子式為AB 2，廣泛形成于二元合金中，在這些合金體系的變形和強化中起重要作用。根據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)或堆積順序，已衍生出三種 Laves 相：具有六邊形結(jié)構(gòu)的 C14 和 C36 分別表現(xiàn)出 ABAB 和 ABACABAC 的堆積順序，而 C15 表現(xiàn)出 ABCABC 的堆積順序，具有立方結(jié)構(gòu)。Laves相的分子式為AB 2，廣泛形成于二元合金中，在這些合金體系的變形和強化中起重要作用。根據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)或堆積順序，已衍生出三種 Laves 相：具有六邊形結(jié)構(gòu)的 C14 和 C36 分別表現(xiàn)出 ABAB 和 ABACABAC 的堆積順序，而 C15 表現(xiàn)出 ABCABC 的堆積順序，具有立方結(jié)構(gòu)。

南京工業(yè)大學(xué)輕量化材料重點實驗室已經(jīng)詳細研究了Al-Zn-Mg-Cu合金中MgZn 2 Laves的層錯和相變。首次觀察到MgZn 2的C15相作為Al-Zn-Mg-Cu合金中的獨立析出物，證實其在時效處理過程中由C14相轉(zhuǎn)變而來。C14 到 C15 的轉(zhuǎn)變機制主要涉及在被一個菱形亞單元隔開的每隔一個滑行平面中激活同步剪切，這來自三層中兩個 SPD 的滑動。預(yù)應(yīng)變的引入對于克服同步剪切的能壘具有重要作用。此外，由于多次同步剪切形成了兩種孿晶結(jié)構(gòu)，加深了對MgZn 2的結(jié)構(gòu)認識。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964622200077X

圖 1顯示了在峰值時效階段（沿 <112> Al軸投影）在 Al-Zn-Mg-Cu 合金中形成的四種典型 MgZn 2析出物的 HAADF-STEM 圖像和相應(yīng)的原子模型。圖1（a）呈現(xiàn)了一個完美的MgZn 2相，具有六方C14 結(jié)構(gòu)，由交替排列的菱形亞基組成。圖 2 （a）顯示了沿 [1] 觀察的一種沉淀物的 HAADF-STEM 圖像1?2?]鋁。很明顯，這種析出物是由相同取向的菱形亞結(jié)構(gòu)組成，這與圖2（d）所示的C14 MgZn 2相中形成的鋸齒形菱形亞結(jié)構(gòu)完全不同。圖2（b）和（e）分別顯示了新沉淀物和MgZn 2相的快速傅里葉變換（FFT）衍射圖。通過分析原子構(gòu)型和對稱性，這種新的沉淀物可以確定為C15，具有晶格參數(shù)a = 0.724 nm的立方結(jié)構(gòu)。

圖 1。具有不同堆垛層錯的MgZn 2相的HAADF-STEM圖像和相應(yīng)的原子結(jié)構(gòu)模型。（a）菱形結(jié)構(gòu)（R）和反菱形結(jié)構(gòu)（R‘）交替排列的完美結(jié)構(gòu)MgZn 2的HAADF-STEM圖像。（bd）具有不同堆垛層錯的 MgZn 2的 HAADF-STEM 圖像，包括 2R、3R 或 5R 缺陷結(jié)構(gòu)。（e） MgZn 2中 Laves 相的結(jié)構(gòu)模型。紅色、藍色和橙色框分別代表 C14、C36 和 C15 的細胞結(jié)構(gòu)。（f） C14、C15 和 C36 的 3-D 細胞結(jié)構(gòu)模型。

圖2。具有不同 Laves 結(jié)構(gòu)的析出物的 HAADF-STEM 圖像和衍射圖。（a）具有相同方向的菱形亞結(jié)構(gòu)的 C15 沉淀物。（b, c）快速傅里葉變換（FFT）衍射圖和（a）的模擬衍射圖。（d）具有鋸齒形菱形亞結(jié)構(gòu)的 C14 沉淀物。（e，f）快速傅里葉變換（FFT）衍射圖和（d）的模擬衍射圖。

圖 3 （i）顯示了沉淀物的 HAADF-STEM 圖像，顯示了 C14→C15 轉(zhuǎn)變的中間階段。從插入圖3 （i）右上角的放大圖像來看，左側(cè)RR'RR’的原子構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)橛覀?cè)的R'R RR‘，表明形成了局部C15結(jié)構(gòu)。在 C14 和 C15 的末端，可以看到兩個部分位錯。從圖 3 （j）所示的重建原子模型中，兩個相鄰的三層被 SPD 剪切。另外兩種 C15 析出物的 HAADF-STEM 圖像如圖 4（a）和（d）所示。對于圖4（a）所示的析出物，可以看出沿C15相的（111）面形成了孿晶結(jié)構(gòu)。圖4 （b）和（c）的FFT衍射圖和模擬衍射圖證實了Σ3孿晶界（TB）的存在，這可以過相對于{111}平面鏡像的兩個<110>衍射圖的典型疊加來證明。對于圖 4所示的棒狀沉淀物（d），很明顯在沉淀內(nèi)部形成了五重對稱孿晶結(jié)構(gòu)。

圖 3同步剪切機構(gòu)示意圖。（a） C14 和 C15 的原子結(jié)構(gòu)模型表明結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是通過三層t到t ' 發(fā)生的。（b）三層結(jié)構(gòu)的詳細劃分。（c） MgZn 2沉淀物的同步剪切轉(zhuǎn)變的廣義堆垛層錯能（GSFE），基于 DFT 計算。（d-h）同步剪切過程中的詳細原子結(jié)構(gòu)模型。上半部分沿 [112?0] C14方向，下部沿[0001] C14方向觀察。（i） MgZn 2在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的中間狀態(tài)下的HAADF-STEM圖像。紅色矩形區(qū)域被放大并顯示在插入的圖像中。（j）（i）中紅色矩形區(qū)域的結(jié)構(gòu)模型，顯示同時同步剪切發(fā)生在兩個相鄰的三層（三層1和2）中。┳代表位錯。

圖 4。MgZn 2相中孿晶結(jié)構(gòu)和五重對稱孿晶結(jié)構(gòu)的HAADF-STEM圖像。（a）雙胞胎結(jié)構(gòu)。（b, c）對應(yīng)的 FFT 衍射圖和（a）的模擬衍射圖。（d）五重對稱孿生結(jié)構(gòu)。（bc）對應(yīng)的 FFT 衍射圖和（d）的模擬衍射圖。

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