哈工大在镁合金晶界迁移研究领域取得重要突破

哈工大在镁合金晶界迁移研究领域取得重要突破

哈尔滨工业大学袁林教授团队在镁合金晶界迁移研究领域取得重要突破。研究团队通过实验观察和原子模拟，系统地揭示了室温下镁合金中位错运动对晶界迁移的具体作用机制，为高性能镁合金的设计提供了新的理论依据。

晶界（GB）是多晶材料中不同晶粒之间形成的几何必要界面，对材料的力学性能有着重要影响。晶界可以通过滑动和迁移调节微应变来适应宏观材料的塑性变形。晶界滑动通常被认为是晶界的切向位移，而晶界迁移是晶界的法向位移。从科学理论的角度来看，作为固有塑性变形模式的晶界迁移影响着各种后续塑性机制，如晶粒起齿、再结晶和晶粒长大。对于工业应用来说，由晶界迁移引起的起齿晶界被认为可以阻碍裂纹扩展并提高蠕变抗性。

镁（Mg）合金作为HCP结构金属的代表因其密度低、比强度高和一系列优点而受到越来越多的关注。通过了解晶界迁移实现晶界设计可以为制造高性能镁合金提供启示。由于高温下晶界的不稳定性，在热变形过程中很难控制起齿晶界的比例。此外，由于动态再结晶（DRX）和动态回复（DRV）等软化机制的存在，热变形后镁合金的强度受到限制。为了实现镁合金的更高强度，应考虑常温下的变形过程。

在这项工作中，哈尔滨工业大学袁林教授团队选择了工业常用的AZ80镁合金，并在室温下对块状AZ80样品进行多轴压缩，主要在原子尺度上讨论、分析和建模了变形合金中平坦和起齿晶界段的和<c+a>位错的塑性行为，研究了和<c+a>位错对常温下普通商用AZ80镁合金中晶界迁移的作用。在原子尺度上，实验和原子模拟显示出很好的一致性，有助于理解镁合金中室温晶界迁移机制。

研究团队通过实验观察和MD模拟，在原子尺度上讨论、分析和建模了变形合金中平坦和起齿晶界段的和<c+a>位错的塑性行为，探究了室温下和<c+a>位错对晶界迁移的作用。主要成果如下：

1. 设计的多轴压缩能得到广泛的锯齿状晶界，这直接说明了室温下晶界迁移的发生。为镁合金高密度锯齿形晶界的设计提供了一种有效的多轴压缩工艺。

2. 在室温下, <c+a>滑移比滑移更难激活

3. 多轴压缩和变形早期位错的引入促进了Mg合金<c+a>位错在室温下的激活。

4. 在原子尺度上，对于基面(0001)与晶界面夹角接近90°的晶粒，界面位错的整体滑移导致晶界迁移，而晶界保持扁平。

5. 建立了一种新的基底-锥体锁模型，给出了部分< a >位错和<c+ a >位错在晶界处稳定互锁的判据。

这项研究不仅深化了对镁合金晶界迁移机制的理解，还为通过GB工程设计高性能变形镁合金提供了理论依据。相关研究成果以“Role of and <c+a> dislocations on the room-temperature grain boundary migration in a deformed Mg alloy”发表在International Journal of Plasticity上。