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纯铝中可逆形变孪晶机理研究取得重要进展

  在纯铝中可逆变形孪生机制的研究取得了重大进展

  沉阳材料科学国家实验室近日在纯铝可逆变形孪生机理研究方面取得重要进展。在匹兹堡大学校长隋曼玲教授和毛兴元教授的指导下,固态原子系博士生李柏青通过原位拉伸高分辨电子显微镜观察到,粗粒纯铝不仅可以产生形变孪晶在高应力下结晶,其形变孪晶是可逆的,伴随着自发退火过程。在美国约翰霍普金斯大学马恩教授的帮助下,分子动力学模拟进一步证实了纯铝中的自发去孪晶。研究表明,自发脱孪的原因可归因于纯铝具有较高的堆垛层错能和低抗Shockley不完全位错运动的能力,这种自发的可逆变形孪晶可能成为变形中普遍存在的一种新机制这个研究发表在5月20日的“物理评论快报”上。对于许多金属来说,孪生过程通常是不可逆转的,变形双胞胎因而成为重要的机制但是对于高能级的纯铝,传统观念认为不会发生孪晶,2003年,Chen等人在Science上报道,在纳米晶铝中生成了变形双晶体,他们认为,的变形孪晶粒径是直接相关的,随着晶粒尺寸减小到几十纳米,变形机制从脱位离子滑移机制到不完全的位错主导机制,从而在纳米晶铝中观察到形变孪晶和堆垛层错。那么,在普通纯铝中,是不是真的会产生变形双胞胎呢?或者可以产生变形双胞胎但很少观察到?到目前为止缺乏令人信服的实验证据还没有能够回答这些基本的问题。
<\\ / strong>笔者采用高分辨透射电子显微镜的原位拉伸试验方法研究了室温下裂纹尖端作用状态下纯普通高应力的变形行为。在原子尺度上原位观察纯铝形变孪生产生和回复的整个动力学过程。实时观察表明,在加载条件下,变形双胞胎的生长是通过双边界上的肖克利位错步骤(即双边界的迁移)实现的。在应力松弛期间,双胞胎停止生长,然后发生自发性脱孪现象,变形双胞胎完全消失。原位高分辨透射电子显微镜和分子动力学模拟结果表明脱双晶过程由两个阶段组成。首先,双边界步骤的肖克利位错克服了位错运动在表面力的作用下向后移动,双胞胎的边界迁移使双胞胎变薄,然后在镜像和消除在高能孪生界面驱动力的共同作用下,整个双层层快速完全消失,由于铝的高层误差,畸变双晶核的形核尺寸较小,不仅表面力的影响是显着的,而且晶界和位错也不容易固定在粗晶材料中,使双晶的形变得到充分的回复,因此,不同于纳米晶的铝晶界阻碍了退化双晶双自发脱双晶工艺不同,难以观察到普通纯铝变形双胞胎的变形情况。铝合金背部发现t他自发的孪生现象,充实了人们对高层次金属变形机制的认识可能是错误的。
<\\ / strong>这项工作得到了中国科学院“百人计划”的支持,国家自然科学基金和国家“97三”项目资助。

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