HRTEM原位變形研究：納米孿晶銅的孿晶階錯遷移動力學
日期：2021-07-23
在面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）的金屬或合金中，孿晶界可有效阻礙位錯運動，使得高密度納米孿晶的金屬或合金兼具優(yōu)異的強度和塑性。對于FCC的銅而言，其生長/退火孿晶通常為矩形，并包含豐富的非共格孿晶界（Incoherent Twin Boundaries，ITBs）。而變形孿晶通常具有紡錘形，其界面為階梯形共格孿晶界（Serrated Coherent Twin Boundaries, SCTBs），這種階梯形共格孿晶界由共格孿晶界和孿晶階錯（Twinning Disconnections, TDs）臺階組成。變形孿晶的生長是通過孿晶階錯的運動，而孿晶階錯由一個方向的不全位錯組成，通常只具有一個原子層高度。因此，孿晶界面的結(jié)構(gòu)差異導致了FCC金屬的生長/退火孿晶和變形孿晶從形貌上的明顯差異。大量研究報道了上述孿晶界面的形成機制，但相關(guān)界面形成的本質(zhì)性問題仍需要實驗佐證。
上海交通大學金屬基復合材料國家實驗室劉悅研究員、曾小勤教授和內(nèi)布拉斯加大學林肯分校王健教授等人采用原位HRTEM納米壓縮技術(shù)，在FCC銅的共格孿晶界上施加特定方向的剪切力，研究了納米孿晶銅在原位壓縮過程中界面遷移的過程。分析了特定剪切力作用下孿晶界面的遷移機制，從界面結(jié)構(gòu)和形成機制上解釋生長/退火孿晶和變形孿晶形貌差異的本質(zhì)原因。研究人員發(fā)現(xiàn)：剪切應力作用下誘發(fā)的孿晶階錯與生長/退火過程自發(fā)產(chǎn)生的ITB結(jié)構(gòu)形成機制不同。在特定方向的剪切力作用下可產(chǎn)生孿晶階錯，孿晶階錯可由于交互行為擴展為兩層原子的孿晶階錯，但兩層原子的孿晶階錯更可能發(fā)生分解而不是繼續(xù)擴展為ITB結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果以"Migration kinetics of twinning disconnections in nanotwinned Cu: An in situ HRTEM deformation study"為題發(fā)表在金屬領(lǐng)域權(quán)威期刊《Scripta Materialia》上。上交大博士生李全為D一作者，宋健為D二作者，劉悅研究員和曾小勤教授為通訊作者。
原位鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.11.006
Fig.1 文章中研究的FCC銅孿晶的微觀結(jié)構(gòu)
Fig.2 一層原子孿晶階錯（Twinning Disconnections, TDs）臺階的產(chǎn)生和遷移過程
Fig.3 實驗過程
原位實驗中，F(xiàn)CC銅搭載在澤攸科技PicoFemto原位雙傾樣品桿的載樣端，樣品對面的三維納米機械手可以準確對樣品施加壓力和剪切力。值得一提的是，即使原位加載過程中也可以清晰觀察到樣品的高分辨視頻。
Fig.4 實驗中用到的澤攸科技PicoFemto原位雙傾樣品桿
作者：小攸