中文
English

多晶體材料的塑性變形受到多種結(jié)構(gòu)元素協(xié)同演化的影響，包括晶界（GBs）、孿晶（與孿晶界TBs相關(guān)）和三重節(jié)點(diǎn)（TJs）。在熱機(jī)械加工過(guò)程中，晶界變形和孿晶行為對(duì)納米晶體材料的塑性和再結(jié)晶起到了至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，研究者們提出了多種機(jī)制來(lái)解釋以晶界為主的塑性，例如晶界遷移、滑移和晶粒旋轉(zhuǎn)等，并通過(guò)位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)或不全位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)模型闡明了這些機(jī)制的原子起源。同時(shí)，孿晶作為另一重要塑性來(lái)源，其行為受層錯(cuò)能、晶粒尺寸、溫度和應(yīng)變速率等因素影響。不同的孿晶機(jī)制已經(jīng)被提出，如從晶界和孿晶界發(fā)射部分位錯(cuò)、晶界分裂和遷移以及在孿晶界的部分位錯(cuò)增殖。

然而盡管已有大量關(guān)于晶界動(dòng)力學(xué)或?qū)\晶動(dòng)態(tài)的研究，但目前對(duì)于晶界塑性和孿晶塑性之間的耦合關(guān)系及其如何影響晶界網(wǎng)絡(luò)的演變和孿晶動(dòng)態(tài)的理解仍然非常有限。在實(shí)際多晶體中，TJs作為連接相鄰晶界的必要且普遍存在的組成部分，可以作為孿晶優(yōu)先發(fā)生的地點(diǎn)，強(qiáng)化動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。此外，在面心立方（FCC）金屬中，經(jīng)過(guò)劇烈塑性變形或退火條件下，通常會(huì)觀(guān)察到多重孿晶的形成，這通常歸因于晶界塑性和孿晶塑性的協(xié)同作用。這些結(jié)構(gòu)演化的場(chǎng)景強(qiáng)調(diào)了晶界塑性和孿晶塑性之間頻繁的相互作用，預(yù)計(jì)會(huì)對(duì)整個(gè)晶界網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)演化產(chǎn)生重大影響。因此，深入理解這兩種塑性形式之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，對(duì)于防止晶界過(guò)早開(kāi)裂并增強(qiáng)材料的延展性具有重要意義。本研究通過(guò)原位納米力學(xué)測(cè)試，揭示了晶界塑性和孿晶塑性可以在不同變形特征下強(qiáng)烈耦合，包括從晶界發(fā)出的片狀孿晶、與晶界分裂相關(guān)的孿晶、從三重節(jié)點(diǎn)發(fā)出的孿晶以及由晶界介導(dǎo)的分層孿晶。這種耦合為理解復(fù)雜微觀(guān)結(jié)構(gòu)演化提供了新的視角，特別是缺陷-界面相互作用在多晶體材料中的作用。

針對(duì)上述問(wèn)題，浙江大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)利用澤攸科技原位TEM測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，他們揭示了晶界塑性和孿晶塑性可以在多種變形特征下強(qiáng)烈耦合，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解復(fù)雜微觀(guān)結(jié)構(gòu)演化，特別是缺陷-界面相互作用在多晶體材料中的作用提供了新的視角。相關(guān)成果以“Grain boundary plasticity and twinning plasticity can be strongly coupled”為題發(fā)表在《Journal of Materials Science & Technology》期刊上。

論文的主要研究?jī)?nèi)容聚焦于晶界（GB）塑性和孿晶塑性之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，這是通過(guò)原位納米力學(xué)測(cè)試在面心立方（FCC）金屬中系統(tǒng)性地探究出來(lái)的。研究人員揭示了這兩種塑性形式可以在多種變形特征下緊密關(guān)聯(lián)，包括從晶界發(fā)出的片狀孿晶、與晶界分裂相關(guān)的孿晶、從三重節(jié)點(diǎn)（TJs）發(fā)出的孿晶以及由晶界介導(dǎo)的分層孿晶。這些與晶界和三重節(jié)點(diǎn)相關(guān)的孿晶模式通常源自宏觀(guān)和微觀(guān)自由度的綜合效應(yīng)，作為有效緩解局部應(yīng)力集中的途徑，這反過(guò)來(lái)提供了調(diào)整晶界移動(dòng)性和促進(jìn)整個(gè)界面網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)演化的可能性。

圖 晶界（GB）變形對(duì)片狀孿晶的影響

研究表明，晶界變形可以激活孿晶行為，而孿晶行為又會(huì)對(duì)晶界的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生反作用，顯著影響多晶體材料的機(jī)械性能。例如，大的晶界臺(tái)階容易成為高局部應(yīng)力/應(yīng)變累積點(diǎn)，從而促進(jìn)缺陷介導(dǎo)的孿晶；同時(shí)，晶界上的自由體積特征也與孿晶的發(fā)射密切相關(guān)，尤其是在具有大量自由體積的一般彎曲晶界上。此外，從晶界發(fā)出的孿晶還可以進(jìn)一步分割晶界并改變其錯(cuò)向角，進(jìn)而影響相鄰晶界段的移動(dòng)性，導(dǎo)致不同段落間的非協(xié)同運(yùn)動(dòng)。對(duì)于從晶界核發(fā)的分裂型孿晶，則可以通過(guò)完全改變晶界的結(jié)構(gòu)來(lái)影響其變形，使原本低移動(dòng)性的晶界增強(qiáng)其移動(dòng)能力，從而維持整個(gè)晶界網(wǎng)絡(luò)的延展性。

圖 晶界分裂對(duì)孿晶動(dòng)力學(xué)的影響

特別值得注意的是，三重節(jié)點(diǎn)由于連接相鄰晶界，在多晶體空間中扮演著重要角色，并且由于較大的自由體積和變形不兼容性，它們往往是孿晶啟動(dòng)的優(yōu)選位置。這種從三重節(jié)點(diǎn)發(fā)出的孿晶不僅為三重節(jié)點(diǎn)提供了額外的變形適應(yīng)機(jī)制，還有效地抑制了這些位置的過(guò)早裂紋萌生，促進(jìn)了整個(gè)界面網(wǎng)絡(luò)和晶粒結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)演化。綜上該研究提供了一個(gè)理解復(fù)雜微觀(guān)結(jié)構(gòu)演變的新視角，特別是關(guān)于缺陷-界面相互作用在多晶體材料中的作用，這對(duì)于防止晶界過(guò)早開(kāi)裂并增強(qiáng)材料的延展性具有重要意義。

圖 晶界變形與孿晶在其他金屬系統(tǒng)中的耦合