摘要：近日，中北大学教育部共建铝镁材料研发应用协同创新中心赵宇宏教授团队在材料领域国际顶刊Acta Materialia发表报道“Serrated grain boundary modulation inhibits nano cracks propagation

近日，中北大学教育部共建铝镁材料研发应用协同创新中心赵宇宏教授团队在材料领域国际顶刊Acta Materialia发表报道“Serrated grain boundary modulation inhibits nano cracks propagation in pure magnesium: a phase field crystal and quasi in-situ EBSD study”（晶体相场与原位实验研究锯齿型晶界调控抑制纯镁的纳米裂纹扩展）。第一作者为教育部铝镁协同创新中心李欢庆博士，通讯作者赵宇宏教授。

Acta Materialia 是金属材料领域公认的“圣杯”，这是中北大学首次以第一单位在该期刊发表文章，标志着学校金属材料研究水平迈上一个新的台阶。

金属材料热轧过渡区由于孪晶脱孪导致产生锯齿状晶界，锯齿晶界相较于直晶界有利于阻碍裂纹扩展，通过保留轧制过渡段可得到含锯齿晶界样品。已有理论认为裂纹容易萌生于垂直拉应力方向的晶界，特别证明锯齿型晶界由于法向分解拉应力较低而具有抵抗晶间裂纹扩展能力以及可以改变沿晶裂纹扩展路径能力等，然而锯齿型晶界特征对纳米裂纹的影响机理仍未能明晰。

该工作首次基于晶体相场模拟探讨了锯齿型晶界曲率、晶界与加载方向角度对室温服役条件下纯镁纳米裂纹扩展的影响机制。晶体相场模拟结合准原位电子背散射衍射与高分辨透射电镜表征揭示了纯镁中纳米裂纹沿锯齿型晶界的扩展由晶粒间基面与柱面滑移角度差异导致；锯齿型晶界处裂纹萌生与锯齿尖端存在的较大剪切应变有关，平行于加载方向的锯齿型晶界通过形Lommer-–Cottrell位错锁定阻碍裂纹扩展。加载方向对沿晶断裂的影响与应变有关，不能简单假设为垂直于晶界的加载促进沿晶断裂。纯镁的临界应变阈值约为27%，超过该值后，裂纹主要以脆性方式穿晶扩展，且受加载方向的影响较弱。双锯齿晶界抑制裂纹扩展的最佳曲率为0.151 (1/nm)，且有利的加载角度应小于65°。与加载方向一致的锯齿型晶界通过形成位错锁阻碍裂纹扩展，提出位错锁定对裂纹扩展的阻碍作用可由几何相容因子计算。位错背向运动引起的晶粒旋转是促进裂纹连通的主要机制。

来源：智宸教育