近日，中南大學材料學院非全日制碩士生劉正卿同學在國內(nèi)國際金屬材料領(lǐng)域高水平期刊《Materials Research Letters》（IF=7.44）上，發(fā)表鎂合金非共格傾斜晶界穩(wěn)定性及元素偏析的最新研究成果。

晶界，作為一種重要的微觀結(jié)構(gòu)特征，一直以來都是金屬材料領(lǐng)域的研究熱點。尤其是近年來，利用元素的晶界偏析作為調(diào)控材料性能的新手段，吸引了材料設(shè)計專家們的高度關(guān)注。一般認為，相比于普通晶界，共格晶界的原子排布較為規(guī)則，其形成能更低。目前關(guān)于晶界及其元素偏析的研究報道也主要集中在共格晶界，尤其是對稱孿晶。非共格晶界結(jié)構(gòu)則復(fù)雜很多，解析難度很大，雖然非共格晶界及其元素偏析現(xiàn)象在實際材料中通常更為普遍，但國內(nèi)外研究報道極少，且大都局限于對稱性較高的立方晶系。針對密排六方結(jié)構(gòu)鎂合金中非共格晶界的研究難題，中南大學材料學院江勇教授課題組與澳大利亞莫納什大學Jian-Feng Nie教授課題組緊密合作，采用第一性原理計算與高分辨電鏡（HAADF-STEM）表征高度結(jié)合的研究方法，重點研究了Mg-Gd合金中一類非共格傾斜晶界結(jié)構(gòu)及其形成的一種特殊的晶界團簇偏析結(jié)構(gòu)。

研究發(fā)現(xiàn)，至少在密排六方結(jié)構(gòu)鎂合金中，非共格傾斜晶界可以比共格傾斜晶界更為穩(wěn)定，形成能更低。由此，進一步提出和理論驗證了非共格傾斜晶界的兩種穩(wěn)定機制，即層錯穩(wěn)定和界面偏析穩(wěn)定機制。相關(guān)研究結(jié)果可以很好地解釋高分辨電鏡觀察到的實驗現(xiàn)象。該項研究同時表明，在高復(fù)雜性晶界及晶界偏析結(jié)構(gòu)和行為的解析方面，第一性原理計算與高分辨電鏡表征高度結(jié)合的研究方法具有重要的應(yīng)用價值。該研究成果近日發(fā)表在國內(nèi)國際金屬材料領(lǐng)域高水平期刊《Materials Research Letters》上。中南大學材料學院為第一單位，2017級非全日制碩士生劉正卿為排名第一的論文作者，江勇教授和Jian-Feng Nie教授為共同通訊作者。相關(guān)工作得到了國家自然科學基金和澳大利亞研究理事會等機構(gòu)的資助。

江勇教授課題組專門從事材料界面計算與表征研究。近年來課題組本科生、碩士生和博士生分別以第一作者在國際金屬材料領(lǐng)域頂級期刊《ACTA Materialia》發(fā)表論文4篇，涉及復(fù)雜氧化物、核用鐵素體合金、航空航天鈦合金和超高強鋁合金等不同材料體系。

圖為鎂合金中借助層錯穩(wěn)定的非共格傾斜晶界及其特殊團簇偏析結(jié)構(gòu)的形成機理