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    金屬所在FCC-Zr新的位向關系研究中取得進展

    2021-02-02 金屬研究所
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    語音播報

      位向關系是描述兩晶體在空間的位置關系或相變過程晶體取向關系最直接的特征。B族的鈦、鋯、鉿等金屬的平衡相圖上只存在兩種平衡相,即密排六方結構(HCP)的α相和體心立方結構(BCC)β相。近10年來,在以上金屬的塊體材料中,一種特殊的面心立方結構(簡稱FCC相)被陸續報道。對于FCC相和HCP基體,目前僅發現兩種位向關系:,,,分別簡稱為B型和P型位向關系,這些FCC相均通過變形引入。由于鋯及鋯合金中也發現了FCC相(簡稱FCC-Zr),作為核反應堆的包殼材料,FCC-Zr對包殼材料在服役時的力學性能、腐蝕性能和輻照性能的影響尚不明確。因此,展開對FCC-Zr的晶體學研究可為將來充分利用或抑制FCC-Zr提供依據。

      中國科學院金屬研究所師昌緒先進材料創新中心輕質高強材料研究部研究員李閣平研究組另辟蹊徑,首先在凝固態Zircaloy-4合金中發現了B型FCC-Zr(Materials Letters 267 (2020) 127551; Scripta Materialia 185 (2020) 170-174),并在退火態純鋯中觀察到了P型FCC-Zr,進而提出新的相變機制(Journal of Materials Science 56(3) (2021) 2631-2637)。這說明FCC相可以通過應力誘導實現,并且能在凝固或熱處理過程析出。

      近期,李閣平研究組在大量透射電子顯微鏡實驗研究的基礎上,發現了一種新位向關系的FCC相。經過選區電子衍射標定,這類FCC相與基體的位向關系為:,,顯然區別于B型和P型,屬于發現的第三種位向關系,李閣平研究組從帶軸揭示了其形成機制??蒲腥藛T通過計算FCC-Zr和基體的晶格常數,發現在HCP→FCC相變過程,HCP基體在方向經歷晶格膨脹。然后,通過比較HCP和FCC的原子堆垛方式,發現相變過程還包括HCP基面上,伯氏矢量為1/3的Shockley不全位錯的滑移。因此,整個HCP→FCC相變過程包括晶格膨脹和不全位錯的滑移。發現的新位向關系的FCC相將并列于B型和P型FCC相,豐富了FCC相“家族”成員,為進一步研究FCC相對宏觀力學和腐蝕性能的影響提供了有力的晶體學支撐。

      相關研究成果以A new type face-centered cubic zirconium phase in pure zirconium為題,以快報形式發表在Journal of Materials Science & Technology上。

      論文鏈接 

      圖1.新位向關系的FCC-Zr TEM標定結果

      圖2.FCC-Zr形成機制模型圖

    打印 責任編輯:閻芳

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