量化小晶粒金属中的晶界变形机制

《Nature》：Quantifying grain boundary deformation mechanisms in small-grained metals

晶界受限条件下，纳米晶体的塑性变形机制存在争议。实验表明小晶粒多晶材料中晶界滑移迁移产生的剪切量与晶界取向无关且效率较低，支持晶界作为特殊晶格而非传统缺陷的力学模型，为解释纳米金属低温低延展性提供新思路。

　　

摘要

位错是决定传统金属和合金机械性能的晶体缺陷。当位错数量减少或受到限制时（例如在纳米晶体中¹），基于晶界的机制可能会起到补偿作用，从而导致永久变形^2,3。剪切迁移耦合被认为是这些机制中最有效的一种^4,5，然而尽管研究工作非常深入，目前仍无法就晶界迁移所产生的剪切量达成共识⁶。通过实验我们发现，在小晶粒多晶材料中，这种剪切作用并不受晶界错位方向的影响，并且其效率较低。这些发现支持了一种新的晶界概念：晶界不应被视为具有内在“耦合因子”的晶体缺陷（类似于位错的伯格斯矢量），而应被视为含有特殊缺陷（称为“断开”）的特定晶格结构，这些缺陷会直接影响晶界的性能（至少是机械性能）。这些结果还证实，多晶材料可以在没有位错的情况下发生塑性变形，尽管效率较低，这为解释纳米晶体金属在低温和室温下的低延展性提供了一条可能的解释途径。