变形Mg-Zn合金中孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

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随着对时效镁合金的室温变形过程研究的深入,不可避免地要涉及如何认清析出相与变形孪晶交互作用实质这一关键性问题。由于目前对镁合金中分布密度不同、形态各异的析出强化相的认知还不具有统一性,加之镁合金中变形孪生模式的多样性以及孪生机制的复杂性,因而对变形孪晶与析出相之间的相互作用关系尚不明确。一直以来这都是一个值得关注却难以解决的重要问题。揭示镁合金中变形孪晶在析出相存在条件下的生长、孪晶与析出相的相互作用行为以及相关的局域结构变化的特征可以有针对性地探索镁合金的析出相/孪晶复合型强化方式、为指导开发设计合金提供必要的信息。本文以经过室温轧制变形的时效Mg-8Zn(wt.%)合金为研究对象,利用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和高角环形暗场扫面透射电子显微镜(HAADF-STEM)等多种电子显微分析技术,对该合金中的{10(?)2}变形孪晶与时效析出相的形态与结构进行了表征,特别是对该类型变形孪晶与析出相的交互结构进行了研究,并在此基础上,通过原子模型搭建及衍射分析等手段对孪晶与析出相的交互作用特征进行了分析与讨论。所得的主要研究结果概要如下:1.利用电子显微技术观察发现在时效Mg-Zn合金中存在大量均匀分布的棒状β1’析出相。在原子级分辨尺度观察中确认了 β1’析出相的晶体结构与晶格常数,并结合原子结构模型模拟直接确认了β1’析出相具有形貌、结构相同而位向不同的三种变体。同时直接揭示了 β1’析出相与镁基体之间半共格界面附近存在晶格畸变过渡区域以及界面生长台阶,结合β1’析出相与Mg基体在不同取向界面上的晶格畸变差异,合理解释了β1’析出相在宏观形貌上沿镁基体c轴形成长棒状的原因。2.首次在原子尺度上直接观察到室温轧制变形Mg-Zn合金中的β1’相在{10(?)2}孪晶内界面处的结构变化。观察结果显示该析出相在经过基体{10T2}孪生剪切作用后,在宏观形貌上产生了 3.6°的偏转,导致这种变化的微观实质是β1’析出相在与{10(?)2}孪生区域的界面处为了继续保持半共格晶面而形成了规则间隔的台阶结构。3.对室温轧制变形Mg-Zn时效合金中{10(?)2}孪晶的尖端和界面进行原子尺度的结构表征。结果表明,β1’析出相的存在可以增加{10(?)2}孪晶的形核率,但严重阻碍{10(?)2}孪晶界的迁移。{10T2}孪晶界面在受与β1’析出相的交互作用的影响下产生分层现象并形成不稳定的倾斜界面。β1’析出相对基体晶格的钉扎强化作用使基体在高应力作用下晶胞参数改变,{10(?)2}孪晶形成相对基体旋转90°的孪生结构和完全由BP面组成的非标准孪晶界。这些观察为揭示β1’析出相与{10(?)2}孪晶的交互作用机理提供了重要信息。
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