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中南大学材料学院非全日制硕士研究生在高水平期刊Materials Research Letters发表镁合金非共格倾斜晶界最新研究成果

发布时间:2020-04-29    作者:      来源:      浏览次数:1264

近日,中南大学材料学院非全日制硕士生刘正卿同学在国内国际金属材料领域高水平期刊Materials Research LettersIF=7.44)上,发表镁合金非共格倾斜晶界稳定性及元素偏析的最新研究成果。

晶界,作为一种重要的微观结构特征,一直以来都是金属材料领域的研究热点。尤其是近年来,利用元素的晶界偏析作为调控材料性能的新手段,吸引了材料设计专家们的高度关注。一般认为,相比于普通晶界,共格晶界的原子排布较为规则,其形成能更低。目前关于晶界及其元素偏析的研究报道也主要集中在共格晶界,尤其是对称孪晶。非共格晶界结构则复杂很多,解析难度很大,虽然非共格晶界及其元素偏析现象在实际材料中通常更为普遍,但国内外研究报道极少,且大都局限于对称性较高的立方晶系。针对密排六方结构镁合金中非共格晶界的研究难题,中南大学材料学院江勇教授课题组与澳大利亚莫纳什大学Jian-Feng Nie教授课题组紧密合作,采用第一性原理计算与高分辨电镜(HAADF-STEM)表征高度结合的研究方法,重点研究了Mg-Gd合金中一类非共格倾斜晶界结构及其形成的一种特殊的晶界团簇偏析结构。

研究发现,至少在密排六方结构镁合金中,非共格倾斜晶界可以比共格倾斜晶界更为稳定,形成能更低。由此,进一步提出和理论验证了非共格倾斜晶界的两种稳定机制,即层错稳定和界面偏析稳定机制。相关研究结果可以很好地解释高分辨电镜观察到的实验现象。该项研究同时表明,在高复杂性晶界及晶界偏析结构和行为的解析方面,第一性原理计算与高分辨电镜表征高度结合的研究方法具有重要的应用价值。该研究成果近日发表在国内国际金属材料领域高水平期刊《Materials Research Letters》上。中南大学材料学院为第一单位,2017级非全日制硕士生刘正卿为排名第一的论文作者,江勇教授和Jian-Feng Nie教授为共同通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金和澳大利亚研究理事会等机构的资助。                                                                                                                     

江勇教授课题组专门从事材料界面计算与表征研究。近年来课题组本科生、硕士生和博士生分别以第一作者在国际金属材料领域顶级期刊《ACTA Materialia》发表论文4篇,涉及复杂氧化物、核用铁素体合金、航空航天钛合金和超高强铝合金等不同材料体系。

                                                

图为镁合金中借助层错稳定的非共格倾斜晶界及其特殊团簇偏析结构的形成机理

【Z. Liu, Q. Qian, Y. Jiang, Y. Wang, Y. Zhu, J.-F. Nie, Incoherent tilt grain boundaries stabilized by stacking faults and solute-cluster segregation: a case-study of an Mg-Gd alloy, Materials Research Letters 8(7) (2020) 268-274)