原子集群转动机制的原子尺度显微研究

Twinning is one of the important ways of plastic deformation for hexagonal-close packed (HCP) materials. However the enormous amount of experimental research work was carried out, there exist many differences among the understandings of the mechanism of the twinning and which has impeded the progress of the researches on the mechanism of the plastic deformation of the HCP materials. The mechanism of atom group rotation that we have established is a absolutely new physical model with the features of brevity and intuition. The mechanism of atom group rotation is not the kind way focused on the individual atoms isolatedly, but regards the atomic group with specific structure as the smallest unit to study. The mechanism can almost be used to give a reasonable explanation to any twinning phenomenon. However, due to the limitations of funding, the exploration work of the mechanism is still stuck in the phase of theoretical researches. In fact, we have got an idea to get the direct evidence to verify the correctness of the mechanism through several years of effort， that is to get the pictures of the atom group on some special area of the sample with twins. Though the idea seems simple, it will meet somen challenges and need the advanced technique of the researchers. The implement of the project will play a very important role to the development of the mechanism of the HCP materials plastic deformation.

孪生是六方结构材料的重要塑形变形方式之一。然而尽管人们做了大量的实验研究工作，但对孪生机理的认识却存在着不少的分歧，这在很大程度上阻碍了对六方结构材料塑性变形机制研究的进展。我们提出的原子集群转动机制是一个以简洁、直观为特点的新型物理模型。该机制抛开了那种孤立研究个别原子的做法，而是将具有特定架构的原子集群作为研究的最小单元。利用该机制几乎对所有与孪生有关的现象都可以给予非常合理的解释。然而由于经费的限制，该机制的探索工作曾一度停留在理论研究阶段。事实上，经过几年的努力我们已经摸索出了一个获取证实该机制的直接证据的方法，其核心的思想是在具有孪生组织试样的特定区域进行原子尺度的显微观察，采集原子集群的原子相数据。虽然其思路比较简单，但项目的具体实施却可能遭遇很大的挑战，需要较高的实验技巧。本项目的实施将对整个六方结构材料塑形变形机制研究的进展具有非常重要的意义。

本项目是在六方结构金属材料镁、钛等日益兴起，而其特有的具有重要意义的变形机制—孪生机理的理论研究工作处于相对滞后的背景下开展的。项目在原子层面研究了六方结构材料孪生的微观机理。其中理论研究部分涵盖了各种轴比的六方结构材料，利用空间解析几何向量关系计算了六方结构材料孪生中原子的位移矢量。将在研究镁的过程中所建立的原子集群转动机制推广到其余的六方结构材料中，研究了轴比对这些材料孪生中原子集群的转动角度、相邻原子集群原子间距变化率、原子集群架构始末态畸变程度等的影响，对原子集群转动模型进行了修正。实验验证部分利用高分辨率透射电子显微镜获得了镁的孪晶界高清原子相照片，验证了原子集群转动机制的正确性和应用的广泛性。理论模型的探讨及拓展部分结合原子集群转动模型研究了六方结构材料孪生的原子动态过程及孪晶界的迁移行为，阐释了孪晶长大和退孪晶过程中的原子集群转动特点。本项目的成功实施不仅是六方结构金属孪生机理研究的一次大胆创新，也为孪生机理的研究做出了重要理论贡献。