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金属所科研人员提出晶体堆垛层错形成机理的新认识
 
2018-01-09 | 文章来源:钛合金研究部        【 】【打印】【关闭

  堆垛层错(Stacking faults)是晶体结构中不同于正常排列顺序的堆垛错排,是金属材料中经常出现的一种面缺陷。对于结构相对复杂的金属间化合物(Intermetallics),其内部也会出现堆垛层错,例如,常见的Laves相金属间化合物中,其密排面往往出现层错。层错的引入会导致材料局部晶体结构的改变,进而影响到其性能。Zircaloy-4(Zr-4)合金是一种核反应堆燃料包壳材料,其显微组织由微米尺寸的等轴α-Zr基体和纳米尺寸的Laves析出相组成。Laves相共有三种晶体结构,分别为C14六方结构、C15立方结构以及C36六方结构,Zr-4合金中的第二相结构多为前两种。 

  近期,金属所沈阳先进材料研究发展中心钛合金研究部李阁平研究组发现,Zr-4合金中C14结构Laves析出相中往往包含层错,并且,层错的出现会使Laves相的晶体结构类型发生改变,具体为C14结构向C36结构的转变。之所以发生这样的转变,是由于C14结构与C36结构Laves相在{0001}面堆垛方式的差异。当C14结构Laves相的{0001}面出现堆垛层错时,局部晶体结构会转变为C36结构。这一转变是平行于{0001}面的同步剪切导致的,而这一剪切力的来源,一直是科研人员讨论的话题。李阁平研究组发现,第二相与α-Zr晶界之间的相互作用产生的钉扎力,恰好提供了Laves第二相形成层错的驱动力,这一发现打开了理解层错形成机理的全新思路。 

  由此可见,晶界与纳米第二相颗粒的相互作用,是值得被关注的。例如,晶粒长大、晶粒变形时导致的晶界迁移,可能会影响第二相中的亚结构,导致第二相中线缺陷、面缺陷分布的变化,进而可能导致第二相颗粒中晶体结构的改变。该研究也为第二相/晶界工程相关研究提供了参考。 

  该研究成果已由Nanoscale期刊在线发表(DOI: 10.1039/C7NR08963E):原文链接1原文链接2

  图1 α-Zr晶界与纳米第二相颗粒的相互作用 

  图2 Laves相中C14与C36晶体结构的晶胞参数及二维点阵图 

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