重慶大學聶建峰Nat.Commun.：直接觀察鎂合金中稀土元素的共偏析現象

【簡介】

晶界在調控輕質鎂合金的機械性能方面起著關鍵作用。由于變形鎂產品的成形性，變形行為和拉伸-壓縮屈服強度不對稱性都與變形孿晶密切相關，因此人們對于在不同形變條件下決定這種孿晶的發展因素有了極大的興趣。現在已知的是，向鎂合金中添加RE元素可以顯著削弱再結晶織構，導致更多的變形孿晶，其為具有隨機取向的再結晶晶粒提供更多的成核位點。然而通過實驗觀察合金元素對變形鎂合金的影響基本難以實現。因此需要從原子級實驗證據以及對合金中孿晶邊界結構和化學成分的理解來解釋該問題，透射電子顯微鏡是用來解決該問題的強大工具。由于鎂合金偏析易受到電子束損害，因此無法直接觀察和鑒定在原子尺度上偏析的合金元素。在這項工作中，研究人員證明通過在低得多的電子電壓下使用原子分辨率EDS可以解決這個難題。

【成果簡介】

近日，重慶大學聶建峰教授(通訊作者)，第一作者Zhao XiaoJun在Nat.Commun.上發表題為“Direct observation and impact of co-segregated atoms in magnesium having multiple alloying elements”的文章。研究人員在低得多的電子電壓下用原子分辨率X射線色散光譜法對鎂合金中的偏析進行成像，發現了孿晶邊界中溶質共偏析的模式，以及孿晶邊界遷移的溶質偏析誘導機制。并進一步表明，溶質共偏析影響孿晶邊界遷移機制并增加孿晶邊界釘扎，并且利用該方法可以對具有復雜成分的金屬合金中溶質偏析的結構和化學進行原子級分析。

【圖文解讀】

圖一 孿晶邊界Nd與Ag柱的交替分布

(a; f) 原子分辨率HAADF-STEM image

(c-e; h-j) 原子分辨率EDS圖

(k) 孿晶邊界Nd,Ag原子排列示意圖

(I, m)偏析區域

(o, n) HAADF-STEM模擬圖像

圖二 孿晶邊界Nd和Ag原子的交替分布

圖三 第一原理計算孿生邊界溶質的能量

(a,c) 孿晶界面填充延伸部分的相對能量

(b,d) 壓縮部分相對能量

圖四 溶質偏析對孿晶邊界遷移機制的影響

(a) 壓縮，延伸區域含Mg的孿晶邊界示意圖

(c) 在C位置含有Ag并且在E位置含有Nd的孿晶邊界

(e) 在E點含Nd的孿晶邊界

(g) 在C點含Ag的孿晶邊界

圖五 共偏析溶質對孿晶邊界遷移和釘扎的影響

(a) HAADF-STEM圖

(b) 剪切應力-應變圖

文獻鏈接：Direct observation and impact of co-segregated atoms in magnesium having multiple alloying elements (Nat.Commun. , 2019, DOI: /10.1038/s41467-019-10921-7 )

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