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国内再增一篇Science:通过调控锥面滑移使金属Mg获得高塑性

浏览:264 发表时间:2019-07-12 07:11:46

【背景介绍】

众所周知,由于镁是最轻的结构金属,使用金属镁可以有效的减轻合金重量而降低能源消耗,所以镁合金其在汽车、飞机和航空航天等领域被广泛的研究和使用。然而,镁在室温下具有有限的延展性,使其在型材和构件的加工和成形方面变得困难和昂贵。因此,低的延展性成为阻碍镁制品广泛应用的主要障碍之一。研究发现,金属镁的延展性与锥面⟨c+a⟩位错滑移密切相关。因此,要想获得金属镁的高延展性应通过形成更多⟨c+a⟩位错滑移来实现。然而,⟨c+a⟩位错滑移在本质上是不稳定的,因此研究锥面⟨c+a⟩位错滑移对金属镁塑性的影响变得异常困难。

【成果简介】

今日,西安交通大学的单智伟教授、重庆大学的聂建峰教授和美国内华达州立大学的李斌教授(共同通讯作者)联合报道了他们通过原位透射电镜(TEM)力学测试证明,不同性质的⟨c+a⟩位错可以通过在锥面上滑移来获得更大的塑性。并且研究发现亚微米尺寸的镁样品比散装样品具有更高的塑性。此外,小晶体尺寸通常会带来高应力,从而激活金属镁中更多的⟨c+a⟩位错滑移以适应塑性,进而获得高强度和良好的塑性。研究成果以题目为“Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations”发表在国际顶级期刊Science上。

【图文解读】

图一、原位TEM观察镁单晶在沿C轴压缩应力下的⟨c+a⟩位错滑移

(A)加载方向的六角形晶胞;

(B)应力-应变曲线;

(C)压缩期间位错密度增加的快照。

图二、横截面为梯形样品中⟨c+a⟩位错滑移的衍射对比分析

(A)测试配置的示意图;

(B, C)相同区域记录的暗视野TEM图像。

图三、原位TEM显示不同样品中⟨c+a⟩位错滑移的运动

(A)扩展半环;

(B)边缘段的运动;

(C)形成位错偶极子和碎片。

图四、3D重建显示了锥体的I和II滑动面以及⟨c+a⟩位错的交叉滑移

六边形单元格表示观察方向和两个金字塔形平面:(A)观察方向是[2110];(B)观察方向是[1010];(C)观察方向是[1210]。

【小结】

综上所述,作者的研究结果提供了关于小尺寸纯镁中锥体位错的迁移率及其与塑性的关系的信息,并且其深入探讨了在室温下长期需求的难以形成具有可塑性镁的新策略。同时促进位错和抑制变形孪晶是一种有效的策略。该实验策略可以扩展到通过识别哪些微结构促进或降低诸如强度和延展性等性质来理解其他六边形金属的行为。

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