孪晶是HCP金属中最常见的变形模式，在Mg中很容易被激活。通过实验观察到长基底棱柱(long BP，long basal-prismatic)界面在Mg(≥2nm){102}<011>上由孪晶包围，但这些长BP界面的形成未被研究，对孪晶的作用仍不清楚。

近日，来自美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国内布拉斯加大学机械和材料工程及美国内布拉斯加材料和纳米科学中心联合研究的一项最新表明：利用实验和原子模拟相结合的方法，对孪晶的生长动力学进行更加全面的研究，从而研究了在Mg合金中长BP界面的形成与稳定性，同时对该方面的技术短缺提供了理论支持。相关论文以题为“Formation and stability of long basal-prismatic facets in Mg”于2月15日发表在Acta Mater。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645419308183

在这项研究中，研究人员通过透射、拓扑分析及分子动力学模拟相结合的方法，并比较了原子模拟获得的这些构型的能量，发现这些转变发生在两个步骤中：(1)由长度小于2 nm的相干BP界面组成的锯齿状界面结合在一起，并形成一个长而直的相干BP界面，(2)这些长相干的BP界面迅速转变为具有缺陷的松弛面。重要的是，发现长的BP界面相对不动，并且在重新加载后会衰减成更动的锯齿状迁移之前的接口。提出的工作表明，孪晶生长过程中BP界面的原子构型与TEM观察到的松弛BP界面显著不同。

图1 在不同时间获得的{102}晶面孪晶尖端的形貌：(a)在TEM表征开始时，(b)在电子束下12分钟后

图2 松弛过程中{102}晶面孪晶矩阵界面的移动(沿方向观察)

在通过HRTEM和MD模拟观察到的松弛过程中，此构型转换为直的半相干BP小界面，每14到17个基面具有I2 SF或位错偶极子，以适应柏氏矢量。重要的是，这种转变为长BP小界面的形成提供了另一种机制，其中缺陷并非不同小平面之间的结合点充当固定点。

此外，直且长时松弛的BP小界面退化成锯齿状界面，以在进一步载荷下促进孪晶生长。无论最终构型的差异如何，HRTEM和MD模拟的结果均表明，小界面的松弛构型不是促进{102}晶面孪晶生长的构型，因为长BP界面在迁移之前已退化为锯齿状构型。这突出研究了孪晶生长过程中单个界面移动的原位表征技术和计算方法的重要性。

图3 通过2个步骤形成长BP小界面的示意图

这项研究为进一步了解长BP界面的形成及其对{102}晶面孪晶生长的重要性提供了参考。在孪晶生长过程中，长BP界面呈锯齿状，并由多个小的相干段组成。长BP界面生长机制的提出有望在微观结构中对Mg合金的研究提供强有力的理论依据。该理论的发现如果得以与实际应用相结合，将有利于Mg合金在更多领域的应用。