鋯合金中的第二相為AB2型的Laves相，當(dāng)不全位錯在兩個或者多個滑移面上同時開啟或者交替滑移時，晶體內(nèi)部就有可能存在多個方向的層錯，但是一直以來，觀察到的層錯都是直線型的結(jié)構(gòu)。直至2019年，袁福森等人在C15結(jié)構(gòu)的Zr(Fe,Cr)2 Laves相中觀察到了交叉層錯（相關(guān)文獻(xiàn)見Applied Surface Science 513, 2020, 145712），詮釋了鋯合金第二相晶體內(nèi)部可能存在兩個方向?qū)渝e的真實性。迄今為止，尚未在鋯合金第二相中發(fā)現(xiàn)其他類似復(fù)雜形狀的層錯結(jié)構(gòu)。
中國科學(xué)院金屬研究所李閣平研究員團(tuán)隊在對一種新型鋯合金（添加Si元素改性的Zr-4合金，其成分為Zr-1.5Sn-0.2Fe-0.1Cr-0.3Si,wt.%）中納米析出相微觀特征進(jìn)行研究時，觀察到Zr2Si納米析出相上存在特殊的U型狀缺陷，經(jīng)過電子衍射分析確定缺陷為層錯（Stackingfaults）。該團(tuán)隊研究人員借助高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）對Zr2Si第二相中這種U型層錯的微觀特征以及形成機(jī)制進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，U型層錯結(jié)構(gòu)的直線段只發(fā)生了（100）或者（010）單一晶面上的原子錯排，即常見的單一方向的層錯；而缺陷的彎曲部分，同時發(fā)生了（100）和（010）兩個相互垂直晶面的原子錯排�；诂F(xiàn)有實驗結(jié)果，該團(tuán)隊提出了一種幾何模型，認(rèn)為是由于Zr2Si第二相的（100）和（010）晶面層錯在局部微觀區(qū)域交替產(chǎn)生，并首尾依次連接，最終導(dǎo)致缺陷在宏觀上呈現(xiàn)U型狀。
該現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)具有偶然性，但是其中包含的必然性對于理解晶體內(nèi)部復(fù)雜層錯結(jié)構(gòu)具有一定的學(xué)術(shù)意義，并對預(yù)測鋯合金反應(yīng)堆服役條件下的腐蝕微觀機(jī)制存在潛在價值。相關(guān)研究工作由金屬研究所的韓福洲博士研究生（第一作者）、袁福森博士研究生（共同第一作者）、李閣平研究員（通訊作者）等完成。相關(guān)工作以題為“A typical U-shape micro-stacking faults within body-centered tetragonal Zr2Si nanoparticle in silicon modified Zircaloy-4 alloy”發(fā)表在Scripta Materialia。
圖1鋯合金中Zr2Si納米析出相的元素組成及其選取電子衍射結(jié)果
圖2(a) NP1納米析出相[001]晶體方向的選取電子衍射結(jié)果;(b) 圖1a中NP1第二相上U型缺陷的局部放大圖 (c)-(f)沿
[001]方向U型缺陷不同位置處的HRTEM圖像；(c1)-(f1)圖2c-f中方框區(qū)域的對應(yīng)FFT圖像
圖3 Zr2Si 納米析出相NP1中U型層錯不同區(qū)域的IFFT圖像
圖4 Zr2Si納米析出相NP2中U型層錯結(jié)構(gòu)的高分辨及相應(yīng)的IFFT圖像
圖5 不同結(jié)構(gòu)的層錯形成機(jī)制模型示意圖(a)單一方向簡單層錯；(b)交叉層錯(c)復(fù)雜U型層錯
航經(jīng)過_03.jpg "中科攬勝")
