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    我国学者在固态非晶化机制研究领域取得新进展

    日期 2018-02-12   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

    图 (Ti0.615Zr0.385)100-3.9x(Cu2.3Fe1.6)x (x=1)合金的微观组织、非晶化机制及亚稳相图

      在国家自然科学基金项目(51434008,51790484,51701213,51431007, 51231002)等资助下,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室非平衡金属材料研究部张海峰研究员团队和西安交通大学、北京科技大学、德国莱布尼茨(Leibniz)固体材料所以及奥地利科学院埃里希施密德(ErichSchmid)材料所科研人员合作,发现了一种新的固态非晶化机制——马氏体 相变致非晶化机制。研究成果以“Amorphous Martensite in β-Ti alloys”(β-Ti合金中的非晶马氏体)为题,于2018年2月6日在线发表在Nature Communications上,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-02961-2。

      目前已报道的固态非晶化方式包括多层膜成分扩散导致非晶化、机械合金化导致非晶化、压力和严重塑性变形导致非晶化、离子辐照导致非晶化以及亚稳态过饱和固溶体连续冷却过程导致非晶化等。其中连续冷却过程中无成分变化的固态非晶化又被称为“晶体反熔化”。早在上世纪30年代,德国著名固体物理学家马克思•玻恩就曾预言晶体过热会导致弹性失稳和晶格切变进而导致晶体熔化,这一机制和马氏体相变类似,但是马氏体相变类型的晶体(反)熔化机制一直没有在实验中被观察到。

      最近,张海峰研究员团队及合作者在研究直接凝固(Ti0.615Zr0.385)100-3.9x(Cu2.3Fe1.6)x (x=1)合金的相变过程中,发现亚稳态b相晶粒内部分布着具有特定取向的柳叶状或者板条状非晶相(如图示),非晶相和b相基体无明显成分差别,并且在界面处存在明显的切变台阶以及严重的b相晶格畸变。这种非晶相的形成与已报道的固态非晶化明显不同。在此基础上,研究人员提出了“马氏体相变致非晶化”机制:亚稳态b型钛合金在冷却过程中,体心立方结构出现两种声子软化模式:T1 1/2 (1,1,0)和L 2/3 (1,1,1),前者导致b相转变为a¢/a²马氏体,后者导致晶面{222}b部分移位形成w相。而对于特定成分的b钛合金,马氏体相变过程中的局域晶格切变和畸变使得结构无序的非晶相相对于晶态a¢/a²/w相更容易形成,导致马氏体非晶化的出现(如图示)。这种非晶相可被称为“非晶马氏体”。这一发现丰富了固态非晶化机制,并且为固态非晶化、晶体(反)熔化和马氏体相变之间的材料本质关联提供了物理解释。




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