王勝 陳晶晶 翁盛檳

1) (衢州職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院,衢州 324000)

2) (寧德師范學院信息與機電工程學院,寧德 352100)

3) (衢州學院工程實訓(xùn)中心,衢州 324000)

位錯是金屬塑性變形普遍形式,對其可動位錯演化特性與規(guī)律探尋并充分利用,將在金屬強韌化提升中有著潛在基礎(chǔ)前瞻性研究價值.本文基于分子動力學法對金屬Al塑性變形的可動位錯遷演特性展開研究,洞悉納米壓痕誘導(dǎo)的可動位錯與孿晶界面間作用規(guī)律,揭示出金屬強化微觀機制,并分析單層孿晶界高度與多層孿晶界層間距對可動位錯遷演、位錯密度、硬度、黏著效應(yīng)的影響.研究發(fā)現(xiàn):高速變形下的金屬非晶產(chǎn)生和密排六方結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)會協(xié)同主導(dǎo)Al基塑性變形,而孿晶界會阻礙可動位錯滑移、誘導(dǎo)可動位錯纏繞及交滑移產(chǎn)生,在金屬承載提升中扮演了位錯墻和誘導(dǎo)位錯胞形成的微觀作用.通過在孿晶界形成釘扎位錯和限制位錯遷移,在受限域形成高密度局域可動位錯,顯著強化了金屬硬度和韌性,降低了卸載時黏附于探針表面的原子數(shù).結(jié)果表明:Al基受載會誘導(dǎo)上表面局部非接觸區(qū)原子失配斑出現(xiàn);單層孿晶界高度離基底上表面距離減小時,位錯纏繞和交滑移作用越明顯,抗黏著效應(yīng)也隨之下降;載荷持續(xù)增加會誘驅(qū)孿晶界成為位錯萌生處與發(fā)射源,并伴隨塑性環(huán)的繁衍增殖.

1 引言

21世紀是納米科技發(fā)展黃金時期,匯聚了物理、化學、材料、力學、電學、信息學、生物學等多學科前沿知識,是大有所為和能拓展知識邊界的疆域.當材料處納尺度時,由于量子效應(yīng)、表/界面效應(yīng)、小尺度效應(yīng)存在,材料理化性質(zhì)將呈現(xiàn)出與宏觀截然不同的奇異物性.目前也尚無完善理論或新研究范式能有效統(tǒng)一納尺度和宏觀尺度的材料物化性質(zhì)差異和對立矛盾點,而從納觀角度對材料微結(jié)構(gòu)演化與其對應(yīng)物化性質(zhì)的相關(guān)性研究有著極為重要的潛在科學探索意義.目前實驗法和理論計算已成為知悉材料微觀特性與提升材料力學性能的主要研究手段,可是僅基于實驗法理解材料優(yōu)異力學性能的潛藏機制仍十分有限,實驗法不僅對測試儀器精度、操作技術(shù)、測試環(huán)境等要求極為嚴苛,而且所耗人物財代價也極高昂.因此,大規(guī)模計算分子動力學法(MD)以精準獲得體系微觀原子遷移細節(jié)和揭示材料性能的微觀機制優(yōu)勢,成為探索納尺度材料微觀運動規(guī)律與其宏觀性質(zhì)背后機理知悉的強有力輔助性工具.

查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻可知,納米晶金屬或合金材料塑性變形微觀特征[1,2]、強韌化機制理解[3,4]、納米晶奇異物性探究[5?13],如高應(yīng)變率敏感性[5?8]、應(yīng)力驅(qū)動晶粒生長[9?10]、塑性應(yīng)變回復(fù)[11?13]等前瞻性科學問題激發(fā)了學者極大興趣.李曉雁[14]用MD模擬表明,納米晶Al的Bauschinger效應(yīng)產(chǎn)生源于卸載時的位錯反向運動,引發(fā)位錯之間反應(yīng),造成位錯密度降低.Fr?seth等[15]研究了金屬Al受拉伸的臨近孿晶界介導(dǎo)的塑性變形,從孿晶主導(dǎo)力學性能的變化展開分析,結(jié)果指出:點陣位錯從階梯結(jié)構(gòu)與一般晶界的交點發(fā)射,導(dǎo)致位錯活動顯著.相關(guān)文獻也表明[16?18]:金屬塑性變形的位錯演變是誘導(dǎo)材料力學性能發(fā)生改變的內(nèi)因.Kizuka等[19]用高分辨顯微鏡觀察到室溫無缺陷金受拉伸、壓縮、剪切作用的原子遷演動態(tài)過程.Zhang等[20]發(fā)現(xiàn)超細金屬中通過引入孿晶界時,對其拉伸時可提高超細金屬強度和延展性,通過控制孿晶界的層間距能進一步提高金屬力學性能,而對其強韌化機理缺乏深入分析.Wang等[21]基于實驗法和MD法結(jié)合,對銅柱壓縮的力學性能展開分析,發(fā)現(xiàn)位錯在試樣表面上會不均勻成核并產(chǎn)生滑移,模擬和實驗一致表明納米孿晶結(jié)構(gòu)在塑性變形中能夠承受更高載荷.Kou等[22]用透射電子顯微鏡對純Al進行原位拉伸實驗和MD模擬,揭示了局域?qū)\晶響應(yīng)的裂紋機制,指出孿晶界的固有脆性及其位錯活動有利于裂紋產(chǎn)生,鋁中的孿晶主要通過釋放裂紋尖端的集中應(yīng)力來抑制裂紋開裂.Yamakov等[23]用MD法分析了高應(yīng)力下金屬Al復(fù)雜孿晶網(wǎng)格的形成機制,指出位錯與孿晶界的反應(yīng)是出現(xiàn)應(yīng)變硬化的主因.Zhang等[24]指出多晶Cu的層錯和孿晶界在內(nèi)的六方密堆結(jié)構(gòu)會加速晶界遷移,而晶界遷移對力學性能的影響是通過改變密排六方結(jié)構(gòu)的組分和分布實現(xiàn).Liao等[25]發(fā)現(xiàn)高層錯能Al中有形變孿晶產(chǎn)生,并實驗證實了形變孿晶的產(chǎn)生是晶界處逐層發(fā)射偏位錯導(dǎo)致.Huang等[26]研究了體心立方Ta薄膜受納米壓痕時的位錯環(huán)與共格孿晶界間的相互作用,發(fā)現(xiàn)孿晶界可強烈影響Ta薄膜的應(yīng)力分布,從而改變位錯的運動和類型.Ryu等[27]用三維位錯動力學模型探索了載荷誘導(dǎo)單晶銅微柱的位錯演變規(guī)律,表明在不同加載條件下產(chǎn)生的位錯微結(jié)構(gòu)會嚴重影響微柱宏觀機械性能.經(jīng)對上述文獻調(diào)研分析得知,目前孿晶界面對金屬塑性變形的貢獻和微觀演化特征主要集中于切削、磨屑、拉伸、剪切等過程的研究,而缺乏孿晶界面對納米壓痕時的可動位錯演化特征規(guī)律的系統(tǒng)研究,并且對金屬力學性能增強機制的貢獻和抗黏著效應(yīng)的機理知悉仍十分有限,因此有必要進一步深入研究并量化對比來闡述金屬力學性能強化的主因.

本文通過構(gòu)建具有Berkovich壓頭外形特征的正三棱錐探針與單晶Al、孿晶Al的三維納尺度物理模型,提煉出納米壓痕誘導(dǎo)金屬可動位錯的演化規(guī)律,著重觀察孿晶界對壓痕可動位錯演化的過程,揭曉可動位錯與孿晶界間相互作用規(guī)律,并探討單層孿晶界高度和多層孿晶界層間距對可動位錯遷變特性、位錯密度、黏著效應(yīng)、承載荷及硬度的差異,為界面設(shè)計、金屬力學性能提升提供重要基礎(chǔ),也為推動新型微/納金屬器件的微結(jié)構(gòu)設(shè)計與研發(fā)奠定理論基礎(chǔ).

2分子動力學計算

2.1 條件設(shè)置

圖1為納米針尖形探針(類Berkovich壓頭外形)與單晶Al、孿晶Al的三維原子尺度接觸模型.建模時,保持單晶Al和孿晶Al基底尺寸一致,其X,Y,Z尺寸分別為54.57,57.27,29 nm,晶向依次為Al基原子總數(shù)為5486477個.正三棱錐探針棱邊長為D=34.2 nm,高h=14.35 nm,探針原子總數(shù)為456979個.納米壓痕中,探針作為基底受載的源泉,并剛性化處理,即忽略探針內(nèi)部之間相互作用力.Al晶格常數(shù)為0.405 nm,金剛石晶格常數(shù)為0.3567 nm.圖1(b)黑色箭頭指示的HCP結(jié)構(gòu)表示孿晶界,字母d表示孿晶界離基底上表面距離(見圖1(b)).探針下壓位移用字母X表示.模擬時,物理模型Z軸用非周期性邊界,X和Y軸用周期性邊界.另單晶Al和孿晶Al基底分成3個區(qū)(見圖1(a)),每個區(qū)分別表示固定層、恒溫層、牛頓層,恒溫層和牛頓層統(tǒng)稱為運動層.固定層是防止最底部原子在牛頓方程計算迭代時引起位移遷變而影響計算精度[28].壓痕前,探針最底部離基底上表面距離為1 nm,并采用共軛梯度算法優(yōu)化該晶體結(jié)構(gòu).為更好了解基底塑性變形的微觀結(jié)構(gòu)演化特征,應(yīng)避免熱波動帶來額外影響.所以,給予體系運動層原子賦予低溫10 K初始溫度,并采用朗之萬控溫法控制運動層溫度為10 K[29].本文物理模型皆在NVE系綜完成牛頓方程迭代,模擬時間步長取1 fs[28].待模型充分弛豫600 ps,達到結(jié)構(gòu)、溫度、總能的平衡后,給予針尖形探針以恒定速度40 m/s加載基底,該加載速度常被用于納米壓痕的理論計算選擇[28?30].模擬時,探針下降最大位移X為10 nm,該位移可充分讓單晶Al可動位錯在基底內(nèi)不受晶界阻礙,能真實展現(xiàn)基底內(nèi)的位錯運動行為.縮短計算時間和避免卸載時彈塑性變形恢復(fù)加劇,設(shè)探針以恒定速度80 m/s撤回.整個計算實施基于開源LAMMPS軟件完成[31].

圖1 單晶Al和孿晶Al的納米壓痕三維原子物理模型Fig.1.Three dimensional physical model for single crystal aluminum and twin aluminum substrates constructed by atomic simulation method.

2.2 作用力選擇

本文采納EAM勢函數(shù)[32]可很好地描述Al-Al間相互作用,相關(guān)文獻[20,33]表明該勢函數(shù)在研究Al的變形描述有顯著優(yōu)勢,其EAM勢函數(shù)表達式為

式中:Etot為總能量;右式第一項為原子i,j之間的對勢;第二項為嵌入勢.

針尖形探針同單晶Al和孿晶Al基底間相互作用采用Morse勢函數(shù)[34],其表達式為

式中,D表示結(jié)合能系數(shù),α表示勢能曲線梯度系數(shù),r0表示分子之間作用力為0時的平衡態(tài)原子間距,其3個參數(shù)選取來源文獻[33],選定D=0.28 eV,α=27.8 nm–1,r0=0.22 nm.

2.3 結(jié)構(gòu)類型描述

運用CNA方法[35]識別Al基底內(nèi)部變形類型.其中,綠色原子表示面心立方結(jié)構(gòu)(FCC),紅色原子表示密排六方結(jié)構(gòu)(HCP),藍色原子表示體心立方結(jié)構(gòu)(BCC),白色原子表示其他結(jié)構(gòu)(other),即非晶.在孿晶建模時,可看出孿晶Al中只有HCP界面結(jié)構(gòu),表示孿晶界面存在(見圖1(b)).

2.4 應(yīng)力與應(yīng)變描述

結(jié)構(gòu)變形是當應(yīng)力值超過一臨界值發(fā)生,與接觸區(qū)應(yīng)力有關(guān),本文用靜水應(yīng)力描述結(jié)構(gòu)變形程度[36],其靜水應(yīng)力計算見(3)式.另采用剪切應(yīng)變公式描述接觸區(qū)應(yīng)變度[30],其表達見(4)式.

式中:σxx,σyy,σzz分別表示應(yīng)力張量分量;ηxx,ηyy,ηzz,ηxz,ηxy,ηyz分別表示剪切應(yīng)變分量.

3 結(jié)果與分析

3.1 壓痕變形分析

圖2為探針下壓位移X=10 nm的單晶Al和孿晶Al受載變形行為,為了解其變形特性,采用中心對稱參數(shù)法(CSP)識別基底被壓表面原子失配程度.觀察圖2可知,基底上表面受載產(chǎn)生的原子失配程度有明顯差異,與孿晶界距離基底上表面距離d有強烈依賴性,即隨孿晶界距離上表面越近,基底原子失配程度逐漸加強,且上表面出現(xiàn)明顯的原子失配斑(見圖2虛線紅色圈圈).此外,探針接觸緊密邊緣都出現(xiàn)程度不一的原子失配.基底受壓時,接觸區(qū)產(chǎn)生正三角形凹坑區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)易出現(xiàn)應(yīng)力集中(見圖2黑色箭頭),會誘導(dǎo)緊密接觸邊緣的原子發(fā)生失配,是導(dǎo)致基底上表面局部非接觸區(qū)出現(xiàn)原子失配斑的主要外因,而深層次解釋原子失配斑內(nèi)因詳見下文闡述.

圖2 單晶Al和孿晶Al納米壓痕時塑性變形差異Fig.2.Plastic deformation are compared between single crystal Al and twin Al during nano-indentation.

圖3(a)—(d)為探針下壓位移X=10 nm的單晶Al和孿晶Al的上表面剪切變形特性.圖3(a)—(d)示出基底上表面出現(xiàn)不同程度的剪切帶(見圖3(b)輕綠色箭頭),該剪切帶的滑移方向呈四周發(fā)射和相互交叉作用特征,且滑移帶角度交叉呈現(xiàn)出60°和120°,且面心金屬受載時的內(nèi)部變形出現(xiàn)可動位錯不斷產(chǎn)生滑移(見圖3(e)—(h)).另外,面心金屬會通過此滑移方式釋放受載產(chǎn)生的應(yīng)力集中,起到抵抗變形作用,以此實現(xiàn)金屬韌性增強.此外,觀察圖3(e)—(h)的基底內(nèi)結(jié)構(gòu)演化知,單晶Al塑性變形擴展程度最深,孿晶Al基底的擴展程度與孿晶界距離基底上表面距離d有直接關(guān)聯(lián),且孿晶界對位錯表現(xiàn)出明顯的阻礙作用,以致可動位錯不斷塞積于孿晶界與上表面非晶界的狹窄通道,最后在緊密接觸區(qū)形成明顯的位錯胞三維空間結(jié)構(gòu),該空間結(jié)構(gòu)內(nèi)存有大量位錯類型.基底高速受載時,應(yīng)力會驅(qū)動緊密接觸區(qū)產(chǎn)生大量非晶結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)(見圖3和圖4所示),表明高速變形情況下,金屬的非晶產(chǎn)生和密排六方HCP結(jié)構(gòu)出現(xiàn)會協(xié)同主導(dǎo)Al基塑性變形.

圖3 單晶Al和孿晶Al納米壓痕時剪切變形差異Fig.3.Shear stain difference between single crystal Al and twin Al during nano-indentation.

3.2 孿晶界對可動位錯演化分析

為詳細洞悉面心金屬Al材質(zhì)在壓痕時產(chǎn)生的可動位錯演化特性,揭示可動位錯與孿晶界間相互作用規(guī)律,圖4給出單晶Al和孿晶Al在探針下壓不同位移時的微觀結(jié)構(gòu)對載荷的響應(yīng).觀察圖4(a)可知,單晶Al受載時有大量位錯環(huán)構(gòu)型產(chǎn)生(見圖4(a)黑色箭頭),且隨探針下壓位移增加,塑性環(huán)不斷增殖繁衍與擴展舒張,該位錯環(huán)詳細演變過程的總結(jié)與機制解釋在文獻[1]中已有相關(guān)報道,獲得一致趨勢,間接驗證本文勢函數(shù)和參數(shù)選擇是合理的.觀察圖4(b)和圖4(c)知,由于壓痕產(chǎn)生的可動位錯類型較多,且滑移(111)面滑移系多,以致壓痕產(chǎn)生的可動位錯在剛接觸孿晶界時,一些可動位錯會被孿晶界吸收;通過對比無孿晶界的圖4(a)和有孿晶界的圖4(b)可知,孿晶界還會明顯阻礙位錯的滑移,表明孿晶界對可動位錯移動起到位錯墻作用.隨著探針下壓位移繼續(xù)增加,孿晶界對可動位錯滑移的限制作用越明顯,以致可動位錯沿著孿晶界產(chǎn)生舒張滑移(見圖4(b)紅色箭頭),導(dǎo)致孿晶界不斷有位錯釘扎和堆積產(chǎn)生(見圖4(c)藍色箭頭).此外,孿晶界與上表面非晶界的狹窄通道在載荷驅(qū)動下,一方面會迫使可動位錯改變滑移方向,可動位錯也會繼續(xù)朝左右兩側(cè)滑移并擴張(見圖4(b)綠色箭頭);另一方面會驅(qū)動孿晶界稱為新位錯萌生處和位錯環(huán)的發(fā)射源,該位錯環(huán)會隨探針下壓位移增加而持續(xù)繁衍生長及增殖(見圖4(b)淺棕色箭頭),以此擴大塑性變形區(qū).通過對比圖4(b)與圖4(c)對應(yīng)位移的不同微結(jié)構(gòu)特性可知,隨著孿晶界d距離的減小,可動位錯表現(xiàn)出的位錯纏繞和交滑移產(chǎn)生也越明顯,且孿晶界的位錯環(huán)發(fā)射也更加突出.由此可見,孿晶界存在與否對金屬內(nèi)在塑性變形可動位錯遷變控制起到十分顯著作用.壓痕誘導(dǎo)金屬塑性變形產(chǎn)生的可動位錯與孿晶界間的接觸演化規(guī)律呈現(xiàn)以下先后順序特征:孿晶界先吸納一些可動位錯→改變一些可動位錯滑移方向→可動位錯釘扎界面處→孿晶界成新位錯萌芽地和位錯環(huán)發(fā)射源.圖5清晰展示出可動位錯對孿晶界面的驅(qū)動變形特性,從圖5知,可動位錯遇到孿晶界時,可動位錯會驅(qū)動孿晶界出現(xiàn)層錯排(見圖5(c)),層錯間原子處于失配,形成非晶態(tài)(見圖5(a)和5(b)),且非晶數(shù)隨孿晶界距上表面距離d減小而越加凸顯.為更好了解孿晶界對可動位錯的影響是否會改變金屬材質(zhì)力學性能,圖6定量描述了其強化提升效率.

圖4 單晶Al和孿晶Al納米壓痕可動位錯演化特性對比Fig.4.Evolution characteristics of movable dislocation are compared by single crystal Al and twin Al during nano-indentation.

圖5 壓痕可動位錯對孿晶Al變形影響Fig.5.Influence of movable dislocation on the deformation of twin Al during nano-indentation.

圖6給出上述孿晶界高度對壓痕的可動位錯密度、黏著效應(yīng)、承載力與硬度屬性的量化對比.圖6(d)的平均載荷統(tǒng)計方法是依據(jù)接觸力為0時的壓痕位移到壓痕末尾位移的對應(yīng)載荷取平均值.硬度計算[37]根據(jù)公式H=F/S,F表示壓痕的平均載荷,S表示接觸面積.從圖6(d)知,隨著孿晶層高度的降低,基底平均承載力從498.48 nN提升到548.77 nN,硬度從2.63 GPa變?yōu)?.89 GPa,硬度提高了近10%,表明單層孿晶界高度可有效強化金屬力學性能,其主要歸因于納米壓痕中的可動位錯會交叉滑移,位錯之間互相糾纏,以致受限域位錯密度極大提升(見圖6(b)).圖6(c)表明納米壓痕單晶Al和孿晶Al時,Al基底受載時產(chǎn)生的密排六方結(jié)構(gòu)較多,且隨探針下壓位移增加而逐漸增多;隨著孿晶高度d減小,密排六方結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)減小趨勢(見圖6(c)紅色),而非晶結(jié)構(gòu)逐漸增多(見圖6(c)綠色).另外,納米壓痕卸載階段,可看出基底粘附于探針表面原子數(shù)目隨孿晶界高度的降低逐漸呈現(xiàn)減小趨勢(見圖6(e)),其主因歸于孿晶界高度的降低,局域區(qū)可動位錯互相纏繞會增強探針與基底緊密接觸區(qū)的接觸剛度,表明孿晶界高度d在強化金屬力學性能同時,可有效降低面心金屬粘著效應(yīng)的產(chǎn)生,提高了金屬韌性.

圖6 (a) 納米壓痕中的載荷與位移曲線;(b) 位錯線密度與位移曲線;(c)相變轉(zhuǎn)化類型與位移關(guān)系;(d) 硬度與孿晶界高度曲線;(e)卸載的粘著數(shù)目與孿晶界高度曲線Fig.6.(a) Load vs.displacement during nano-indentation;(b) dislocation density vs.displacement;(c) phase transition of structure number vs.displacement,(d) hardness vs.twin boundary height,(e) adhesive number vs.twin boundary height.

3.3 強化效應(yīng)對孿晶層數(shù)依賴性分析

圖7(a)—(d)示出孿晶Al納米壓痕塑性變形的可動位錯演化特征.觀察圖7(a)—(d) 知,孿晶界可有效阻礙壓痕的可動位錯傳播,并將可動位錯局域于孿晶層間距的通道中.當載荷增加到一定程度時,下一個孿晶界會驅(qū)動位錯率先在孿晶界面形核,并演變其構(gòu)型,成為新位錯的萌生源和塑性環(huán)繁衍增殖區(qū).保持孿晶界高度d一致時(見圖7(a),(b)),多層孿晶界比單層孿晶界對可動位錯的局域效果更顯著,使得圖7(g)的硬度值提高了.在孿晶界高度d不變下,孿晶界高度d以下區(qū)域的孿晶層間距n越小,壓痕的可動位錯局域效果也越明顯,以致圖7(g)對應(yīng)的硬度值得到提升.在保持孿晶層間距n一致時(見圖7(b)和圖7(d)),孿晶層間距越小,層間距通道中局域的可動位錯越緊密,每個層間距之間局域的可動位錯分布結(jié)構(gòu)也更均勻,呈現(xiàn)梯度式衰減趨勢不明顯.從圖7(g)知,多層孿晶層間距n=3.8 nm時的硬度較其余情況是最硬的,而圖7(d)的孿晶界對局域可動位錯的特征也較圖7(a)—(c)更緊湊,再次表明孿晶界會誘導(dǎo)和阻礙可動位錯遷移改變,展現(xiàn)出位錯墻和位錯胞的作用,以此強化了金屬材質(zhì)力學性能.

圖7 強化效應(yīng)對孿晶Al層數(shù)依賴性的定性與定量評價 (a)—(d)多層孿晶塑性變形過程;(e)多層孿晶界高度d和層間距n示意;(f)載荷與位移曲線;(g)接觸力0時的探針位移到探針最大下降位移的平均硬度值Fig.7.Qualitative and quantitative evaluation of the dependence of strengthening effect on single or multilayer layers for twin Al:(a)–(d) Multi-layer twinning plastic deformation process;(e) schematic diagram described according to twin height d and inter-layer distance n;(f) load vs.displacement;(g) average hardness and calculated between tip displacement at initial phase as the contact force is zero and its displacement at last stage.

4 結(jié)論

本文從原子尺度由淺入深地探析了納米壓痕誘導(dǎo)的金屬孿晶Al塑性變形微觀演化特征,從微觀角度展示出金屬材質(zhì)塑性變形的可動位錯與孿晶界面的相互作用規(guī)律,并量化比對單層孿晶界面高度與多層孿晶界層間距對壓痕可動位錯特性、位錯密度、黏著效應(yīng)、硬度的顯著差異,提出孿晶界面工程可操控金屬力學性能增強增韌.

1) 單晶Al和孿晶Al基底受載時,應(yīng)力集中會驅(qū)動密排六方結(jié)構(gòu)產(chǎn)生,并伴隨有非晶結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),表明高度變形情況下的非晶和密排六方結(jié)構(gòu)會協(xié)同主導(dǎo)了Al基塑性變形.

2) 面心金屬Al孿晶界對壓痕可動位錯的演變表現(xiàn)出位錯墻和位錯胞特性,可動位錯初遇孿晶界時,孿晶界會吸收一部分可動位錯,也對另一部分可動位錯滑移起到阻礙作用,并改變可動位錯的柏氏矢量,導(dǎo)致孿晶界不斷有位錯釘扎和堆積產(chǎn)生.隨著單層孿晶界距離d的減小,可動位錯表現(xiàn)出的位錯纏繞和交滑移作用越加明顯.

3) 載荷持續(xù)增加的誘導(dǎo),會驅(qū)動孿晶界成為新位錯萌生地和位錯環(huán)發(fā)射源,使得孿晶界面極易演化出塑性環(huán)特征,且孿晶界的塑性環(huán)繁衍增值也更加突出.

4)孿晶界面工程增強面心金屬力學性能的機制源于孿晶界誘導(dǎo)壓痕可動位錯發(fā)生相互糾纏和交滑移,該位錯協(xié)同作用構(gòu)筑出位錯胞骨架結(jié)構(gòu),改變了探針與基底的緊密區(qū)接觸質(zhì)量,進而增強了金屬承載能力.