北航張瑞豐Acta Mater.：在半相干雙金屬界面中失配錯位模式的動態演化對錯位成核和剪切滑移的影響

【引言】

失配錯位模式在界面介導的變形機制上發揮關鍵作用，例如在各種平面界面中的錯位成核和剪切滑移，然而，特定的機械載荷可以在不同的塑料流出界面之前動態地改變其分布和特性。以高對稱分布的失配位錯的雙金屬半相干接口作為說明。

【成果簡介】

近日，北京航空航天大學材料物理與化學系張瑞豐教授團隊在國際知名期刊Acta Materialia上發表題為''Effect of dynamic evolution of misfit dislocation pattern on dislocation nucleation and shear sliding at semi-coherent bimetal interfaces''的文章，首次揭示了界面中錯失配錯位模式的動態演變出現在某些特定界面類型和載荷方案中，最終控制了錯位成核和剪切滑動機制更優的位點。與雙軸面內張力下錯位成核基本不變的特征相對照的是，發現圍繞失配錯位的節點的初始模式被扭曲，并在單軸平面載荷作用下，在界面內各向異性擴散，這反過來又控制著錯位成核的非-Schmid現象。根據失配錯位模式的特點，也觀察到剪切滑移機制與接口處失配錯位的的孔擴散的各向異性特征之間的相似關系。

他們進一步的研究表明，失配位錯模式的動態演化可能會對于不同類型的界面有顯著差異，從而有助于不同位錯成核和剪切滑移的機制。這些結果表明有必要探究失配錯位模式的動態演化，以便更實際地理解界面主導的可塑性。

【圖文導讀】

圖1.?未折射的Cu {111} // {111} Ni界面示意圖

（a）未弛豫的Cu{111}//{111}Ni界面的原子結構的頂視圖；

（b）開放的湯普森四面體；

（c）（111）界面的幾何特征，FCC，HCP位點和Burgers向量；

（d）界面處FCC，HCP和HESF區域的相鄰層之間的原子排列。

圖2.?Cu {111} // {111} Ni和Cu {111} // {111} Ag界面的原子結構圖，離散矢量圖和Nye張量圖

（a）弛豫Cu{111}//{111}Ni界面處的界面顯示失配位錯圖案的界面；

（b）弛豫Cu{111}//{111}Ni界面；

（c）Cu{111}//{111}Ni弛豫界面；

（d）具有立方體方位關系的弛豫Cu{111}//{111}Ag界面的原子結構；

（e）弛豫Cu{111}//{111}Ag界面的離散矢量圖

（f）Cu{111}//{111}Ag的弛豫界面的Nye張量圖

表1. 在不同拉伸載荷方向下12個部分fcc滑移系統的計算Schmid因子

表2. 不同壓縮載荷方向下12個局域fcc滑移體系的Schmid因子

圖3.?位錯成核現象示意圖

（a）面內雙軸拉伸載荷；

（b）面內雙軸壓縮載荷；

（c）沿[112]單軸拉伸載荷；

（d）沿[110]單軸壓縮載荷，Cu{111}//{111}Ni界面Shockley部分成核的的特征。

原子的藍色和橙色分別表示Cu和Ni原子的類型，深紅色表示局部hcp結構，即fcc內的堆垛錯誤。此外，白色的原子表示未知的原子。錯位脫位的線感標記為虛線。

圖4. 始于Cu {111} // {111} Ag界面處的肖特基局域成核示意圖

（a）面內雙軸壓縮載荷下；

（b）沿[112]的單軸拉伸載荷下；

（c）沿[112]的單軸壓縮載荷下的Cu{111}//{111}Ag界面的Shockley局域成核特征。

原子的藍色和橙色分別表示Cu和Ag原子的類型，深紅色表示局部hcp結構，即fcc內的堆垛錯誤。此外，白色的原子表示未知的原子。

圖5.?根據過量勢能著色的Cu {111} // {111} Ni弛豫界面的原子結構圖和Cu{111}//{111}Ni界面的Nye張量圖

原子結構圖：

（a）平衡時；

（b）雙軸拉伸時；

（c）雙軸壓縮載荷時；

Nye張量圖：

（d）在雙軸拉伸下的平衡時；

（e）和（f）分別在雙軸壓縮下。

圖6. Cu {111} // {111} Ni界面的離散矢量圖

（a）（d）初始階段；

（b）（f）芯擴展階段；

（c）（g）雙軸拉伸負載下的成核階段；

虛線表示釋放晶格位錯的滑移平面的跡線

圖7. Cu{111}//{111}Ni界面的原子結構和在界面處發生的錯位反應時對應的失配錯位模式的轉變

原子結構：

（a）在平衡時；

（b）在單軸拉伸下；

（c）沿x-[112]的單軸壓縮;

失配錯位模式的轉變：

（d）在平衡時；

（e）單軸拉伸；

（f）單軸壓縮下；

（g）單軸拉伸下；

（h）沿著錯位成核的x-[112]之間的壓縮以示意圖。

圖8. Cu{111}//{111}Ni界面的離散向量圖

（a）（d）初始階段；

（b）（e）演化階段；

（c）（f）單軸拉伸負載下的成核階段；

圖9.?Cu-Ni半相干界面上的有效應力應變曲線和剪切變形期間失配位錯的特征

（a）沿[112]方向剪切下的Cu{111}//{111}Ni界面的有效應力-應變曲線；

（b）初始階段；

（c）中間階段；

（d）剪切變形期間的擴展階段的排列向量圖。

圖10. 局部剪切應力圖

（a）沿[112]方向下的Cu{111}//{111}Ag界面的有效剪切應力-應變曲線；

（b）初始階段；

（c）中間階段；

（d）剪切變形期間的擴展階段的排列向量圖。

【小結】

在本工作中，張瑞豐教授團隊使用原子模擬證明了三個具有代表性的Cu-Ni，Ag-Pd和Cu-Ag {111}半相干界面中的位錯成核和剪切滑移以及失配位錯模式的動態演化過程，及其位錯成核和剪切滑移的相關機理。從而對接口主導的可塑性有了一個切貼的認識。

文獻鏈接：Effect of dynamic evolution of misfit dislocation pattern on dislocation nucleation and shear sliding at semi-coherent bimetal interfaces （Acta Materialia, ?2017，DOI: 10.1016/j.actamat.2017.10.012）

本文由材料人計算材料學術組Carbon編譯，材料牛整理編輯。

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