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《Acta Materialia》获得3D晶粒结构!揭示液态金属在多晶铝中分布

来源:材料科学与工程微信公众号|

发表时间:2021-09-09

点击:2981

多晶材料由晶界网络组成。这些晶界(GB)可能容易受到特定液态金属(例如Ga、Bi和Hg)的影响。也就是说,即使在没有外在应力的情况下,液态金属也可以沿着多晶的GB渗透。过去的研究表明,液态金属渗透是一个扩散过程,由界面能(称为晶界润湿)和内部或外部应力的降低驱动。在GB上掺入镓(Ga)的结果是内能的降低,导致通常具有延展性的金属和合金发生脆性断裂,这种现象被称为液态金属脆化(LME)。


工业中由于LME引起的故障时有发生,液态金属沿GB渗透一直是许多研究人员的重点关注领域。由于Ga的熔化温度低(29.8℃),经常观察到它在Al的GBs上的快速扩散,因此Al-Ga系统已被广泛用于研究LME过程。对Al-Ga中LME的绝大多数研究是通过二维(2D)表征方法完成的,而Ga渗透网络本质上是一个3D结构。


因此,最近尝试采用非破坏性3D技术来捕获完整的微观结构细节。与LME研究相关的一种成像方式是衍射对比X射线断层扫描(LabDCT),它可用于表征样品的多晶性,例如晶粒尺寸、GB类型以及其他属性。该技术已通过EBSD进行了验证,在晶粒取向和形状上显示出良好的一致性。现阶段的一些理论和设想由于缺乏关于Ga分布的3D结构和时间的演变,尚未与真实的LME过程进行交叉检验。


美国密歇根大学的研究人员通过X射线三维显微镜探讨了多晶铝中Ga渗透的动力学,通过LabDCT表征3D晶粒结构,观察到了更高比例的小角度晶界(LAGB),将达到Ga渗透可视化。相关论文以题为“Dynamics of Gapenetration in textured Al polycrystal revealed through multi modalthree-dimensional analysis”发表在Acta Materialia。更多精彩视频抖音搜索:材料科学网。


论文链接:


https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117145



研究发现铝一次再结晶后沿着[001]有强烈的织构,与随机分布相比,LAGBs的比例更高。通过整合ACT和LabDCT实验的结果,在退火1小时后检测到Ga的GB润湿,尽管不是在每个HAGB上。这种选择性润湿行为不是由其固有的晶体结构造成的,而是由于其较强的织构和较低的含量导致某些HAGBs的连通性较差。


图1 退火1小时后LabDCT和ACT数据重建


图2样品再结晶之后的表征


图3 Ga在三维空间和时间中的分布演化


图4Ga分布与GB的关系


图5 网络结构的三维可视化


在长时间的退火后,不论晶界类型,Ga均逐渐从HAGBs中撤退。如果Ga通过位错和LAGBs从HAGBs扩散到体块,就会发生这种情况。GB网络的拓扑结构可能会进一步促进HAGBs的泄漏扩散,例如HAGBs渗透集群的悬空末端。本文为织构和GB连接在Ga渗透动力学中经常被忽视的作用提供了新的见解,为耐LME材料的设计提供了理论基础。 


封面图源自于图虫创意

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