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微观图像揭示硫杂质使镍变脆的缘由

  镍的硫脆化原子级机制是搅扰科学界近一个世纪的典范问题,而加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师们对这个问题有了新的认识和发觉。该发觉还丰硕了科学界对于晶界节制多晶材料性质的根基理解。

  该研究由加州大学圣地亚哥分校工程学院纳米工程和材料科学工程传授Jian Luo担任。这项研究功效于7月17日在《Nature Communications》上得以颁发。

  自20世纪初,工程师与专家学者们曾经认识到硫杂质会导致镍和其他韧性金属(如铁和钢)在低应力程度下的失效。而因为很多工程合金都将用于含硫情况,如用于新一代燃煤电厂的镍基高温合金,因而金属的硫脆化具有遍及的手艺主要性。

  目前研究人员曾经晓得这种脆化与硫的晶界偏析相关,但此中潜在的原子机制仍然难以捉摸。

  加州大学圣地亚哥分校的工程师通过研究硫掺杂镍多晶体中的晶界,揭示了这些原子机制。在研究过程中他们利用了像差校正扫描透射电子显微镜和半大规模调集原子模仿的组合来揭示此中的机制。

  Luo的研究小组发觉,界面有序和无序化将会在晶界处交替构成非晶状和双层状小平面。他们还发觉,双极界面布局会导致极性硫—镍布局之间的脆性晶间断裂,这两种布局会在两个相反的标的目的长进行无序陈列。

  “雷同的机制可能会导致其他金属—非金属系统的晶界脆化。例如氧,硫,磷和其他金属和合金的氢脆化。这些也具有普遍的手艺主要性。”Luo说。

  这项工作进一步推进了罗氏小组关于镍的铋脆化的研究,该研究是与利哈伊大学合作完成的,并在2011年和2017年的《Science》杂志上颁发了两篇演讲。研究人员发觉,在铋掺杂的镍中,晶界处构成高度有序的界面布局。在新的《Nature Communications》研究中,罗氏研究小组发此刻硫掺杂镍构成了无序双极界面布局。

  “铋和硫是两种家喻户晓的镍脆化杂质。风趣的是,我们发觉它们别离代表界面布局的两种极端环境——有序与无序。秒速时时彩计划网页因而,它们可能被认为是两种分歧的原子布局晶界脆化的典型例子。杂质的意思”Luo说。

  研究人员暗示,除了脆化机制之外,这项研究还揭示了硫掺杂镍中晶粒非常发展的现象,并丰硕了对无序界面的根基认识。该研究还揭示了界面布局是由晶界面的取向而非位错决定的,这挑战了保守概念。

  “这项工作拓宽了我们对材料界面的根本认识,而先前大大都研究的核心都放在了优良表征的有序界面和人工双晶体中的特殊对称鸿沟。此刻,我们对现实多晶体中无序界面和一般晶界有了新的认识,而这凡是会限制大大都工程材料的机能。”Luo最初说道。

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