重庆大学聂建峰Nat.Commun.：直接观察镁合金中稀土元素的共偏析现象

【简介】

晶界在调控轻质镁合金的机械性能方面起着关键作用。由于变形镁产品的成形性，变形行为和拉伸-压缩屈服强度不对称性都与变形孪晶密切相关，因此人们对于在不同形变条件下决定这种孪晶的发展因素有了极大的兴趣。现在已知的是，向镁合金中添加RE元素可以显着削弱再结晶织构，导致更多的变形孪晶，其为具有随机取向的再结晶晶粒提供更多的成核位点。然而通过实验观察合金元素对变形镁合金的影响基本难以实现。因此需要从原子级实验证据以及对合金中孪晶边界结构和化学成分的理解来解释该问题，透射电子显微镜是用来解决该问题的强大工具。由于镁合金偏析易受到电子束损害，因此无法直接观察和鉴定在原子尺度上偏析的合金元素。在这项工作中，研究人员证明通过在低得多的电子电压下使用原子分辨率EDS可以解决这个难题。

【成果简介】

近日，重庆大学聂建峰教授(通讯作者)，第一作者Zhao XiaoJun在Nat.Commun.上发表题为“Direct observation and impact of co-segregated atoms in magnesium having multiple alloying elements”的文章。研究人员在低得多的电子电压下用原子分辨率X射线色散光谱法对镁合金中的偏析进行成像，发现了孪晶边界中溶质共偏析的模式，以及孪晶边界迁移的溶质偏析诱导机制。并进一步表明，溶质共偏析影响孪晶边界迁移机制并增加孪晶边界钉扎，并且利用该方法可以对具有复杂成分的金属合金中溶质偏析的结构和化学进行原子级分析。

【图文解读】

图一 孪晶边界Nd与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图

(k) 孪晶边界Nd,Ag原子排列示意图

(I, m)偏析区域

(o, n) HAADF-STEM模拟图像

图二 孪晶边界Nd和Ag原子的交替分布

图三 第一原理计算孪生边界溶质的能量

(a,c) 孪晶界面填充延伸部分的相对能量

(b,d) 压缩部分相对能量

图四 溶质偏析对孪晶边界迁移机制的影响

(a) 压缩，延伸区域含Mg的孪晶边界示意图

(c) 在C位置含有Ag并且在E位置含有Nd的孪晶边界

(e) 在E点含Nd的孪晶边界

(g) 在C点含Ag的孪晶边界

图五 共偏析溶质对孪晶边界迁移和钉扎的影响

(a) HAADF-STEM图

(b) 剪切应力-应变图

文献链接：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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