南工大ScriptaMaterialia揭示AlMgCu合金同步剪切相变

　　导读：本文采用原子分辨率高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）研究峰时效Al-Zn-Mg-Cu合金中η-MgZn 2 Laves相从C14到C15结构的相变理论（DFT）计算。形成有序的 C15 结构 MgZn 2首次在 Al-Zn-Mg-Cu 合金中观察到独立析出物。通过在每隔一个滑动平面中激活同步剪切，确认 C15 结构从 C14 转变，这涉及由 Laves 相三层中的两个 Schockley 部分位错引起的剪切。此外，由于多次同步剪切，形成了类孪晶结构和五重对称孪晶构成C15结构。这些结果扩展了对 Al-Zn-Mg-Cu 合金中 η-MgZn 2析出物的结构理解。
　　Laves相的分子式为AB 2，广泛形成于二元合金中，在这些合金体系的变形和强化中起重要作用。 根据其晶体结构或堆积顺序，已衍生出三种 Laves 相：具有六边形结构的 C14 和 C36 分别表现出 ABAB 和 ABACABAC 的堆积顺序，而 C15 表现出 ABCABC 的堆积顺序，具有立方结构。Laves相的分子式为AB 2，广泛形成于二元合金中，在这些合金体系的变形和强化中起重要作用。根据其晶体结构或堆积顺序，已衍生出三种 Laves 相： 具有六边形结构的 C14 和 C36 分别表现出 ABAB 和 ABACABAC 的堆积顺序，而 C15 表现出 ABCABC 的堆积顺序，具有立方结构。
　　南京工业大学轻量化材料重点实验室已经详细研究了Al-Zn-Mg-Cu合金中MgZn 2 Laves的层错和相变。首次观察到MgZn 2的C15相作为Al-Zn-Mg-Cu合金中的独立析出物，证实其在时效处理过程中由C14相转变而来。 C14 到 C15 的转变机制主要涉及在被一个菱形亚单元隔开的每隔一个滑行平面中激活同步剪切，这来自三层中两个 SPD 的滑动。预应变的引入对于克服同步剪切的能垒具有重要作用。 此外，由于多次同步剪切形成了两种孪晶结构，加深了对MgZn 2的结构认识。
　　链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964622200077X
　　图 1显示了在峰值时效阶段（沿  Al轴投影）在 Al-Zn-Mg-Cu 合金中形成的四种典型 MgZn 2析出物的 HAADF-STEM 图像和相应的原子模型。图1（a）呈现了一个完美的MgZn 2相，具有六方C14 结构，由交替排列的菱形亚基组成。 图 2  (a) 显示了沿 [1] 观察的一种沉淀物的 HAADF-STEM 图像1 2 ]铝。 很明显，这种析出物是由相同取向的菱形亚结构组成，这与图2 （d）所示的C14 MgZn 2相中形成的锯齿形菱形亚结构完全不同。 图2 （b）和（e）分别显示了新沉淀物和MgZn 2相的快速傅里叶变换（FFT）衍射图。通过分析原子构型和对称性，这种新的沉淀物可以确定为C15，具有晶格参数 a  = 0.724 nm的立方结构。
　　图 1。具有不同堆垛层错的MgZn 2相的HAADF-STEM图像和相应的原子结构模型。(a)菱形结构(R)和反菱形结构(R＂)交替排列的完美结构MgZn 2的HAADF-STEM图像。(bd) 具有不同堆垛层错的 MgZn 2的 HAADF-STEM 图像，包括 2R、3R 或 5R 缺陷结构。(e) MgZn 2中 Laves 相的结构模型。红色、蓝色和橙色框分别代表 C14、C36 和 C15 的细胞结构。(f) C14、C15 和 C36 的 3-D 细胞结构模型。
　　图2。具有不同 Laves 结构的析出物的 HAADF-STEM 图像和衍射图。(a) 具有相同方向的菱形亚结构的 C15 沉淀物。(b, c) 快速傅里叶变换 (FFT) 衍射图和 (a) 的模拟衍射图。(d) 具有锯齿形菱形亚结构的 C14 沉淀物。（e，f）快速傅里叶变换（FFT）衍射图和（d）的模拟衍射图。
　　图 3 (i) 显示了沉淀物的 HAADF-STEM 图像，显示了 C14 C15 转变的中间阶段。从插入图3 （i）右上角的放大图像来看，左侧RR＂RR＂的原子构型转变为右侧的R＂R RR＂，表明形成了局部C15结构。在 C14 和 C15 的末端，可以看到两个部分位错。从图 3 (j) 所示的重建原子模型中，两个相邻的三层被 SPD 剪切。另外两种 C15 析出物的 HAADF-STEM 图像 如图 4 （a）和（d）所示。对于 图4 （a）所示的析出物，可以看出沿C15相的（111）面形成了孪晶结构。 图4  （b）和（c）的FFT衍射图和模拟衍射图证实了Σ3孪晶界（TB）的存在，这可以通过相对于{111}平面镜像的两个衍射图的典型叠加来证明.  对于图 4 所示的棒状沉淀物(d)，很明显在沉淀内部形成了五重对称孪晶结构。
　　图 3。同步剪切机构示意图。(a) C14 和 C15 的原子结构模型表明结构转变是通过三层 t 到 t  ＂ 发生的。(b) 三层结构的详细划分。(c) MgZn 2沉淀物的同步剪切转变的广义堆垛层错能 (GSFE) ，基于 DFT 计算。（d-h）同步剪切过程中的详细原子结构模型。上半部分沿 [112 0] C14方向，下部沿[0001] C14方向观察。(i) MgZn 2在结构转变的中间状态下的HAADF-STEM图像。红色矩形区域被放大并显示在插入的图像中。(j) (i) 中红色矩形区域的结构模型，显示同时同步剪切发生在两个相邻的三层（三层 1 和 2 ）中。 代表位错。
　　图 4。MgZn 2相中孪晶结构和五重对称孪晶结构的HAADF-STEM图像。(a) 双胞胎结构。(b, c) 对应的 FFT 衍射图和 (a) 的模拟衍射图。(d) 五重对称孪生结构。(bc) 对应的 FFT 衍射图和 (d) 的模拟衍射图。