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河工大《Scripta Mater》：位錯促進鎂合金中界面的形成和演化！

2022-03-18 11:12:29 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

除位錯滑移外，孿晶是六方密排（HCP）鎂合金塑性變形的重要機制。{102}孿晶是鎂合金中最常見的孿晶模式，其臨界剪應力是所有孿晶模式中最低的。實驗觀察發現，{102}孿晶界（TBs）通常由基底-棱柱晶界（BP）和棱柱-基底晶界（PB）約束，導致TB與{102}孿晶界的偏移。BP/PB面可以形成一個具有{102}孿晶取向關系的界面，BP/PB面的形成和演化可能對鎂合金的塑性變形起著重要作用，因為它們可以影響{102}TBs的結構和遷移率。HCP材料中{102}TBs處BP/PB面的形成和演化已經引起廣泛關注。分子動力學（MD）模擬表明，在一個{102}TBs的形核過程中，BP晶面首先形成，并且這些晶面隨著孿晶的生長演變為{102}TBs。為了深入了解其機理，有必要進一步實驗研究BP或BP/PB面的形成和演化。

河北工業大學的研究人員探討了在450℃循環變形條件下具有原子分辨率的Mg合金BP/PB界面的形成和演化，分析了BP/PB界面的遷移與晶格位錯和/或{102}TBs的關系。相關論文以題為“Dislocation facilitated formation and evolution of basal-prismatic/prismatic-basal interfaces in a Mg alloy”發表在Scripta Materialia。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114237

本文選擇Mg-9.0Gd-3.0Y（wt.%）作為研究材料，熔鑄后進行525℃×10h均勻化處理（空冷），在450℃下加熱30min后進行多向沖擊鍛造（MDIF），進行100道次，每道次應變約為1%，平均應變速率約為20/s。

研究發現{102}TBs與基底位錯的反應產生了BP/PB界面，BP/PB界面也可以由孿晶階錯（TDs）、<a60>和<c+a60>位錯在{102}孿晶取向附近形成。MD模擬表明，基底位錯可以在靠近{102}孿晶取向的STCB上分解成TDs。{102}孿晶取向附近的STCBs可以通過與基底位錯<a60>反應演化為{102}TBs。BP/PB-TB轉換與滑移是{102}TBs形核的一個重要機制。理論分析和原子模擬表明，BP晶面與{102}TBs基面間取向偏差的變化是由BP-TB接合處的界面偏移或晶面上的{102}TBs陣列影響的。MD模擬表明，界面位錯可以通過{102}TDs驅動TB遷移。BP/PB界面的每一面都可以有規律或隨機地發出大量的{102}TDs來驅動BP/PB界面的遷移，因此，BP/PB界面的形成與演化與位錯滑移密切相關，位錯滑移影響{102}TBs的形核和長大，對鎂合金的塑性變形起著重要作用。

圖1 鍛造后Mg-Gd-Y合金中存在的多種界面和界面結構

圖2 若干界面位錯形成和演化示意圖

圖3 位錯的形成分析和示意圖

圖4BP和PB界面通過TDs進而出現遷移的過程圖

綜上所述，BP/PB界面可以通過{102}TDs的驅動形成。在{102}孿晶取向附近存在基底<a60>和<c+a60>位錯，BP/PB界面可在<a60>和<c+a60>位錯的影響作用下轉化為{102}TBs。{102}TDs的釋放促進了BP/PB界面的遷移。本文的實驗結果為循環變形條件下Mg合金中BP/PB界面的形成和演化提供了依據。

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