Acta Materialia： 孪晶界的高温塑性

一、【导读】

        晶界（GB）强化被认为是结构材料发展的重要因素。长期以来，GBs对位错起着障碍作用，并且可以通过一系列机制进行调节（例如：位错可以通过GB滑移传输、进行位错的反射和分解）。近年来，剪切耦合迁移、滑移和旋转等机制，即具有阶跃特征的位错，受到了特别的关注。GB中的位错传输或分解将取决于位错的移动性，从而影响其在特定位置处逃逸现象。上述所有机制通常都需要位错攀移，涉及固着台阶。从GB工程的角度来看，孪晶界一直备受关注，尤其是在其容易形成在低能堆垛层错能金属中。例如，纳米孪晶铜由于晶粒细化而更坚固，同时由于位错的迁移和沿孪晶面的运动而保持良好的延展性。普通孪晶界的分析已经趋于成熟。相干孪晶界在结构材料中特别重要，因为相干孪晶界可以通过阻止位错运动的同时，保持沿其平面滑移来增强变形能力。晶格位错与孪晶界的相互作用已通过实验和数值方法进行了广泛研究，但高温下的弛豫和变形过程尚未完全了解。

二、【成果掠影】

        为此，法国图卢兹大学F. Mompiou等在原位应变过程中探索了纯铝相干孪晶的剪切耦合运动具有良好几何构型。令人惊讶的是，孪晶界不会耦合剪切，而是通过传播纳米级非相干面轻微迁移。观察到广泛的位错/GB相互作用。载入的位错并不总是发生分解，但经常与GB发生反应，这可能导致相邻晶粒中的晶间运动或位错发射。孪晶界的内部断开微观结构通常会形成网络，即使具有柔性特点，但发现会减弱晶间塑性，应该被强烈的控制在GB诱导机制中。

        法国图卢兹大学将F.Mompiou等人将此工作以“High temperature plasticity at twin boundary in Al: An in-situ TEM perspective”为题发表在金属材料顶刊《Acta Materialia》上。

三、【核心创新点】

1、观察到几纳米高割阶在压力下沿GB平面移动，证明双相干孪晶为不连贯面。

2、详细报告了位错/GB相互作用，提供了高温下位错行为证据。

3、断开网络可以阻止位错运动，但需要足够灵活以允许变形沿GB平面传播。

四、【数据概览】

图1 300℃下应变实验的BF图像。© 2023 Elsevier.

图2 (a)曲线断开运动后的两幅图及其差异在倾斜的GB中。(b)两张图片及其在152.5秒内76次断开连接后的差异。(c)G1的立体投影。© 2023 Elsevier.

图3 含有ASPE和纯PEO基ASPE的ABCTP的电化学性质。© 2023 Elsevier.

图4 插入晶格位错后发生在GB中的反应：(a)移动断开导致形成断开连接；（b）。最初沿着移动、旋转并最终沿着方向运动；(c)G1的立体投影。© 2023 Elsevier.

图5 (a)由两个断开阵列（1和2）组成的GB区域。(b)在G2（不可见）中移动的位错与断开之间的反应形成断开连接。© 2023 Elsevier.

五、【成果启示】

        作者通过原位应变实验得到如下结论：a)没有耦合剪切。仅观察到几纳米高的台阶在压力下沿GB平面移动，高度表明它们是不连贯面。b)报告了位错/GB相互作用。在更广泛的范围内，尽管高温允许爬升运动，但仍阻止了位错传播。这种传输的缺失与不利的配置是一致的。c)在更精细尺度上，对位错吸收和释放表明，需要考虑比位错分解更复杂的机制来解释间接传输。这些机制通过断开反应和沿GB的滑移或攀移运动在特定时间发生，与其他结果保持一致。d)经常观察到断开网络。断开网络实在塑性变形过程中通过晶格位错结合/分解和相互作用形成，是由4个最短的DSC断开组成，即3个Shockley断开和一个Frank断开。

(文：早早)

原文详情：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118877