河工大《Scripta Mater》：位错促进镁合金中界面的形成和演化！

2022-03-18 11:12:29 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

除位错滑移外，孪晶是六方密排（HCP）镁合金塑性变形的重要机制。{102}孪晶是镁合金中最常见的孪晶模式，其临界剪应力是所有孪晶模式中最低的。实验观察发现，{102}孪晶界（TBs）通常由基底-棱柱晶界（BP）和棱柱-基底晶界（PB）约束，导致TB与{102}孪晶界的偏移。BP/PB面可以形成一个具有{102}孪晶取向关系的界面，BP/PB面的形成和演化可能对镁合金的塑性变形起着重要作用，因为它们可以影响{102}TBs的结构和迁移率。HCP材料中{102}TBs处BP/PB面的形成和演化已经引起广泛关注。分子动力学（MD）模拟表明，在一个{102}TBs的形核过程中，BP晶面首先形成，并且这些晶面随着孪晶的生长演变为{102}TBs。为了深入了解其机理，有必要进一步实验研究BP或BP/PB面的形成和演化。

河北工业大学的研究人员探讨了在450℃循环变形条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界面的迁移与晶格位错和/或{102}TBs的关系。相关论文以题为“Dislocation facilitated formation and evolution of basal-prismatic/prismatic-basal interfaces in a Mg alloy”发表在Scripta Materialia。

论文链接：

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

本文选择Mg-9.0Gd-3.0Y（wt.%）作为研究材料，熔铸后进行525℃×10h均匀化处理（空冷），在450℃下加热30min后进行多向冲击锻造（MDIF），进行100道次，每道次应变约为1%，平均应变速率约为20/s。

研究发现{102}TBs与基底位错的反应产生了BP/PB界面，BP/PB界面也可以由孪晶阶错（TDs）、<a60>和<c+a60>位错在{102}孪晶取向附近形成。MD模拟表明，基底位错可以在靠近{102}孪晶取向的STCB上分解成TDs。{102}孪晶取向附近的STCBs可以通过与基底位错<a60>反应演化为{102}TBs。BP/PB-TB转换与滑移是{102}TBs形核的一个重要机制。理论分析和原子模拟表明，BP晶面与{102}TBs基面间取向偏差的变化是由BP-TB接合处的界面偏移或晶面上的{102}TBs阵列影响的。MD模拟表明，界面位错可以通过{102}TDs驱动TB迁移。BP/PB界面的每一面都可以有规律或随机地发出大量的{102}TDs来驱动BP/PB界面的迁移，因此，BP/PB界面的形成与演化与位错滑移密切相关，位错滑移影响{102}TBs的形核和长大，对镁合金的塑性变形起着重要作用。

图1 锻造后Mg-Gd-Y合金中存在的多种界面和界面结构

图2 若干界面位错形成和演化示意图

图3 位错的形成分析和示意图

图4BP和PB界面通过TDs进而出现迁移的过程图

综上所述，BP/PB界面可以通过{102}TDs的驱动形成。在{102}孪晶取向附近存在基底<a60>和<c+a60>位错，BP/PB界面可在<a60>和<c+a60>位错的影响作用下转化为{102}TBs。{102}TDs的释放促进了BP/PB界面的迁移。本文的实验结果为循环变形条件下Mg合金中BP/PB界面的形成和演化提供了依据。

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