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(nèi)布拉斯加大學機械和材料工程及美國內(nèi)布拉斯加材料和納米科學中心聯(lián)合研究的一項最新表明：利用實驗和原子模擬相結(jié)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(wěn)定性，同時對該方面的技術(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(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(jié)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(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥毕莸乃沙诿妗Ｖ匾氖牵l(fā)現(xiàn)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(gòu)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(gòu)型轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)殚LBP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(jié)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(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{102}晶面孿晶生長的構(gòu)型，因為長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過程中單個界面移動的原位表征技術(shù)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(jié)構(gòu)中對Mg合金的研究提供強有力的理論依據(jù)。該理論的發(fā)現(xiàn)如果得以與實際應用相結(jié)合，將有利于Mg合金在更多領(lǐng)域的應用。