早在上世紀(jì)三十年代，凝聚態(tài)物理學(xué)家就提出了晶體中有關(guān)位錯(cuò)的理論，并把位錯(cuò)與晶體在生長(zhǎng)當(dāng)中的某些特定現(xiàn)象以及材料的力學(xué)行為定性地聯(lián)系起來。然而，對(duì)位錯(cuò)的直接觀察和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證直到1956年當(dāng)時(shí)新一代透射電子顯微鏡的出現(xiàn)才得以實(shí)現(xiàn)。
工程合金大都是由多組元合金相構(gòu)成。彌散分布的析出相強(qiáng)化是工程合金的重要強(qiáng)化機(jī)制之一。其中的小尺度析出相通常具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，因其對(duì)基體中位錯(cuò)滑移的阻礙從而使材料的強(qiáng)度得以提高。然而，在過去的幾十年里，人們?cè)谥楣怏w鋼及Al合金等多種工程合金中相繼發(fā)現(xiàn)小尺度的第二相在材料的形變過程中普遍發(fā)生部分分解。形變致使第二相的部分分解使材料偏離了原來人們對(duì)其設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)及預(yù)期的使役行為，是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中經(jīng)典的基礎(chǔ)科學(xué)問題之一。盡管長(zhǎng)期以來主要有兩種機(jī)制(“切割”機(jī)制和“繞過”機(jī)制)普遍被人們用來描述基體中位錯(cuò)與小尺度析出相之間的交互作用，但卻幾乎不考慮材料在形變過程中析出相內(nèi)部可能產(chǎn)生的位錯(cuò)及其特殊的滑移行為。
最近，金屬所沈陽材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室固體原子像研究部馬秀良研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組(包括博士生楊兵、周楊韜和陳東副研究員)利用具有高的空間分辨率及能量分辨率的透射電子顯微鏡并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)形變使Al-Cu 合金中的具有四方結(jié)構(gòu)的Al2Cu析出相內(nèi)部產(chǎn)生10~20納米寬度的擴(kuò)展位錯(cuò)；構(gòu)成這些擴(kuò)展位錯(cuò)的不全位錯(cuò)在形變條件下的運(yùn)動(dòng)致使其滑移經(jīng)過的區(qū)域發(fā)生成分及結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而導(dǎo)致局域相分解。這一發(fā)現(xiàn)表明基于單質(zhì)金屬建立起來的位錯(cuò)理論，不能準(zhǔn)確地描述位錯(cuò)在復(fù)雜化合物及合金相中的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)行為，原因在于在復(fù)雜結(jié)構(gòu)相里，布拉菲點(diǎn)陣中的一個(gè)陣點(diǎn)實(shí)際上代表的是由多組元和多原子組成的原子團(tuán)(或稱結(jié)構(gòu)單元)。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)相而言，同類或異類原子在位錯(cuò)的核芯處需要進(jìn)行重新組合甚至形成非化學(xué)計(jì)量比的新的結(jié)構(gòu)單元從而降低彈性應(yīng)力場(chǎng)的作用。因此，位錯(cuò)核芯處的原子結(jié)構(gòu)以及位錯(cuò)滑移形式隨位錯(cuò)類型以及具體的晶體結(jié)構(gòu)等參量的變化必然表現(xiàn)出多種不同的形式。此外，該課題組在近年來的系統(tǒng)研究中還發(fā)現(xiàn)Al2Cu局域相分解的物理過程強(qiáng)烈依賴于具體的滑移系類型，這是因?yàn)槲诲e(cuò)芯的原子結(jié)構(gòu)在不等價(jià)的滑移系中截然不同。這項(xiàng)工作不但使人們對(duì)復(fù)雜合金相中的位錯(cuò)及其滑移行為有了新的理解，為位錯(cuò)理論增添新的知識(shí)，同時(shí)也使人們對(duì)工程合金在形變過程中第二相的分解機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)，對(duì)探索長(zhǎng)期處于高載荷條件下的金屬結(jié)構(gòu)材料的性能、結(jié)構(gòu)、以及成分設(shè)計(jì)具有重要意義。
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http://www.nature.com/srep/2013/130108/srep01039/full/srep01039.html
