孿晶是HCP金屬中最常見的變形模式，在Mg中很容易被激活。通過實驗觀察到長基底棱柱（long BP，long basal-prismatic）界面在Mg（≥2nm）{102}<011>上由孿晶包圍，但這些長BP界面的形成未被研究，對孿晶的作用仍不清楚。

近日，來自美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、美國內布拉斯加大學機械和材料工程及美國內布拉斯加材料和納米科學中心聯合研究的一項最新表明：利用實驗和原子模擬相結合的方法，對孿晶的生長動力學進行更加全面的研究，從而研究了在Mg合金中長BP界面的形成與穩定性，同時對該方面的技術短缺提供了理論支持。相關論文以題為“Formation and stability of long basal-prismatic facets in Mg”于2月15日發表在Acta Mater。

論文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645419308183

在這項研究中，研究人員通過透射、拓撲分析及分子動力學模擬相結合的方法，并比較了原子模擬獲得的這些構型的能量，發現這些轉變發生在兩個步驟中：（1）由長度小于2 nm的相干BP界面組成的鋸齒狀界面結合在一起，并形成一個長而直的相干BP界面，（2）這些長相干的BP界面迅速轉變為具有缺陷的松弛面。重要的是，發現長的BP界面相對不動，并且在重新加載后會衰減成更動的鋸齒狀遷移之前的接口。提出的工作表明，孿晶生長過程中BP界面的原子構型與TEM觀察到的松弛BP界面顯著不同。

圖1 在不同時間獲得的{102}晶面孿晶尖端的形貌：（a）在TEM表征開始時，（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（沿方向觀察）

在通過HRTEM和MD模擬觀察到的松弛過程中，此構型轉換為直的半相干BP小界面，每14到17個基面具有I2 SF或位錯偶極子，以適應柏氏矢量。重要的是，這種轉變為長BP小界面的形成提供了另一種機制，其中缺陷并非不同小平面之間的結合點充當固定點。

此外，直且長時松弛的BP小界面退化成鋸齒狀界面，以在進一步載荷下促進孿晶生長。無論最終構型的差異如何，HRTEM和MD模擬的結果均表明，小界面的松弛構型不是促進{102}晶面孿晶生長的構型，因為長BP界面在遷移之前已退化為鋸齒狀構型。這突出研究了孿晶生長過程中單個界面移動的原位表征技術和計算方法的重要性。

圖3 通過2個步驟形成長BP小界面的示意圖

這項研究為進一步了解長BP界面的形成及其對{102}晶面孿晶生長的重要性提供了參考。在孿晶生長過程中，長BP界面呈鋸齒狀，并由多個小的相干段組成。長BP界面生長機制的提出有望在微觀結構中對Mg合金的研究提供強有力的理論依據。該理論的發現如果得以與實際應用相結合，將有利于Mg合金在更多領域的應用。