低温轧制Al–3 wt% Nd合金的微观结构与动态再结晶行为：揭示TFT-LCD溅射靶材的晶粒细化机制

本研究针对TFT-LCD用Al–3 wt% Nd合金溅射靶材的微观结构优化需求，通过低温轧制（cryorolling）系统探究了动态再结晶（DRX）行为。研究发现，随轧制减薄率增加，共晶区α-Al11 Nd3 相颗粒加速DRX进程（60%减薄率完成），而初晶区通过低角度晶界（LAGBs）向高角度晶界（HAGBs）转变实现DRX，最终获得54.4 μm平均晶粒尺寸。该研究为高性能溅射靶材制备提供了新思路。

　　

在显示技术飞速发展的今天，薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）作为主流显示技术之一，其核心部件——栅极和源/漏电极的性能直接决定了屏幕的显示质量。这些电极通常由高纯铝及其合金通过磁控溅射技术沉积而成。然而，铝薄膜在高温下容易形成"hillocks"（表面突起），导致器件短路失效。为解决这一问题，研究人员发现添加钕（Nd）能显著抑制hillocks形成，其中Al–3 wt% Nd合金因兼具低电阻率和优异的抗hillock性能，成为TFT-LCD中最常用的铝钕合金薄膜材料。

但鲜为人知的是，这些薄膜的性能很大程度上取决于其原材料——溅射靶材的微观结构。靶材的晶粒尺寸、相分布等特征会直接影响溅射薄膜的均匀性和致密性。目前关于Al–Nd合金靶材本身的研究却相对匮乏，特别是如何通过加工工艺优化其微观结构仍存在诸多未知。为此，国内研究人员在《Journal of Rare Earths》发表了一项开创性研究，系统揭示了低温轧制过程中Al–3 wt% Nd合金的动态再结晶（DRX）行为及其对晶粒细化的影响机制。

研究人员采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）等技术，对经过不同轧制减薄率（最高90%）处理的样品进行多尺度表征。实验材料为感应炉熔炼的高纯Al和Nd（>99.9%）制备的铸态合金，经500℃均匀化处理后进行低温轧制。

初始 microstructure
铸态合金由初晶α-Al相和共晶α-Al₁₁
Nd₃
相组成。XRD分析确认了面心立方结构的α-Al和正交结构的α-Al₁₁
Nd₃
相共存。

Microstructure evolution
随着轧制减薄率增加，初晶α-Al相逐渐拉长，而共晶区的棒状α-Al₁₁
Nd₃
相先断裂后转变为颗粒状。织构分析显示，大应变下Cube{001}<100>和BR{236}<385>等弱随机织构组分逐渐形成。

DRX behavior
共晶区的DRX进程明显快于初晶区：α-Al₁₁
Nd₃
相颗粒作为形核位点，促使共晶区在60%减薄率时就完成DRX；而初晶区则通过LAGBs→HAGBs转变的典型连续动态再结晶（CDRX）机制逐步完成，至90%减薄率时接近完全再结晶，平均晶粒尺寸细化至54.4 μm。

Microhardness
显微硬度测试证实DRX的发生：硬度值随轧制减薄率增加先升高（加工硬化主导）后降低（DRX软化效应显现），呈现典型动态再结晶特征。

这项研究首次阐明了Al–3 wt% Nd合金在低温轧制过程中的DRX行为差异及其机制：共晶区因第二相粒子促进形核而加速DRX，初晶区则遵循CDRX路径。更重要的是，研究证明通过控制轧制工艺可获得均匀细小的再结晶组织，这为制备高性能Al–Nd合金溅射靶材提供了重要理论依据和工艺指导。鉴于TFT-LCD正朝着更高分辨率、更快响应速度的方向发展，这项关于靶材基础研究的突破，有望从源头上提升铝钕合金薄膜的电极性能，推动显示技术的进步。