Наличие и свойства фазы с длиннопериодной упорядоченной структурой слоёв (LPSO‑фазы) являются одним из ключевых направлений исследований учёных в области материаловедения и инженерии. В редкоземельных магниевых сплавах LPSO‑фаза эффективно повышает прочность и степень наклёпа. Как правило, считается, что плоскость ориентации LPSO‑фазы параллельна плоскости скольжения дислокаций в базовой плоскости магниевого сплава; вследствие этого LPSO‑фаза оказывает сдерживающее влияние на скольжение небазовых дислокаций и на распространение деформационных двойников.

Однако результаты механических экспериментов показывают, что предел текучести при базисной системе скольжения в магниевых сплавах возрастает по мере уменьшения межслойного расстояния между LPSO‑фазами. В частности, когда это расстояние сокращается до наноразмеров, прочность на базисное скольжение существенно повышается. Такая необычная механическая характеристика означает, что за счёт регулирования межслойного расстояния между LPSO‑фазами можно повысить прочность на базисное скольжение магниевых сплавов; однако механизмы этого явления и соответствующие методы управления остаются предметом дискуссий, что требует глубокого понимания влияния LPSO‑фаз на деформацию по базисной системе скольжения в магниевых сплавах на наноуровне.

В настоящее время в экспериментах по изучению регулирования фаз LPSO в магниевых сплавах на месте остаётся несколько нерешённых вопросов: (1) Могут ли в магниевых сплавах образовываться базовые дислокации между наноразмерными интервалами фаз LPSO? (2) Оказывает ли наноразмерный интервал между фазами LPSO влияние на движение базовых дислокаций в магниевых сплавах? Существует ли критический интервал, определяющий это влияние? (3) Каковы основные факторы, влияющие на движение базовых дислокаций?

В ответ на вышеуказанные проблемы команда преподавателя Лю Юэ из Шанхайского университета Цзяо‑Тун с использованием технологии наносжатия в режиме in situ, разработанной компанией Zeyou Technology (технологии, объединяющей просвечивающую электронную микроскопию и наноиндентирование), провела исследование механических свойств сплава Mg97Y2Zn, содержащего фазы LPSO с различными межфазными расстояниями, на наноразмерном уровне. Они уделили особое внимание активности дислокаций при межфазных расстояниях 100 нм и 200 нм. Результаты исследования показали, что межфазное расстояние LPSO‑фаз играет ключевую роль в управлении движением базовых дислокаций, что, в свою очередь, влияет на деформационное поведение сплава. Эти выводы имеют важнейшее значение для проектирования и разработки высокопрочных магниевых сплавов; одновременно они могут послужить источником новых идей для соответствующих исследований в области материаловедения и инженерии, поскольку манипуляция поведением дислокаций на наноуровне позволяет получить ценные сведения для создания перспективных конструкционных материалов с заданными механическими свойствами. Первым автором статьи является доктор Ли Цюань из Шанхайского университета транспорта; научными руководителями выступили профессор Цзянь Ван из Университета Небраски в Линкольне (США), а также доцент Лю Юэ и профессор Цзэн Сяоцинь из Шанхайского университета транспорта.

Соответствующие результаты исследований представлены в виде «In-situ‑характеризация базальных дислокаций между нанорасстоянными фазами с длиннопериодной упорядоченностью слоёв в сплаве MgYZn» Статья опубликована в ведущем журнале по металлическим материалам — «Scripta Materialia».

Ссылка на оригинал: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S135964622300324X?via%3Dihub

(Рис. 2) Базальные дислокации в каналы магния между нанорасстоянными фазами LPSO.

(Рис. 3) Активность базальных дислокаций при различных интервалах между фазами LPSO.

(Рис. 4) Микроструктурные характеристики, связанные с нанорасстоянными фазами LPSO.

В данной работе экспериментально подтверждена зависимость способности базовых дислокаций к скольжению в редкоземельных магниевых сплавах от размера фазы LPSO.

1. Эффективное критическое межфазное расстояние — около 20 нм: было установлено, что критическое расстояние, при котором фаза LPSO препятствует движению базовых дислокаций в магниевых сплавах, составляет примерно 20 нм.

2. Эффект твёрдого раствора: исследования подтвердили «эффект закрепления сильными растворёнными атомами», который в данном случае проявляется в отношении атомов цинка и иттрия в магниевых сплавах; такие локальные атомы твёрдого раствора способны препятствовать движению дислокаций в магниевом сплаве. Было уточнено, что основным фактором, влияющим на движение базовых дислокаций между слоями фазы LPSO в магниевых сплавах, является эффект твёрдого раствора, обусловленный локальными атомами твёрдого раствора.