《Materials Science in Semiconductor Processing》：In-situ ECMP polishing of silicon wafers assisted by piezo-electric abrasives
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铁基26.6at%镓合金在0-800℃范围内通过弯曲和扭转强迫振动结合机械损耗与弹性模量测量，揭示了D0?、L1?、D0??和A2相变中的瞬态与热激活弹性效应，发现两种热激活弛豫（Snoek和Zener）与 metastable D0?相相关。
I.S. 戈洛温 | V.V. 帕拉切娃 | A.A. 谢尔巴科夫 | D. 马里 | H. 罗尼格 | J. 西弗雷 | S.V. 苏姆尼科夫 | A.M. 巴拉古罗夫
俄罗斯莫斯科国立科学技术大学（MISIS），列宁大街4号，邮编119049
摘要
本研究利用弯曲和扭转强迫振动方法，测量了Fe-26.6at%Ga合金在0至800°C范围内的瞬态和非弹性热激活效应，并测量了机械损耗和弹性模量。通过原位中子衍射研究了合金的结构特征和转变过程。利用电子背散射显微镜（EBSD）分析了相形态和晶粒结构。振动样品磁强测量为这些测量提供了温度函数下的磁化率信息，从而揭示了不同相的特性。本文报道了两种热激活效应和三种瞬态非弹性效应，并详细讨论了它们与合金结构和相变的关系。共发现了四种主要相：D03、L12、D019和A2。这些相之间的转变都伴随着瞬态机械损耗峰和模量变化。其中，热激活的松弛现象P1和P2分别属于斯努克（Snoek）松弛和泽纳（Zener）松弛，它们与亚稳态D03相的存在有关。
引言
人们对Fe26.6at%Ga合金的非弹性行为产生了兴趣，因为当Ga含量低于20%时，这些合金在亚稳态下表现出很高的磁致伸缩率[1]以及增强的背景阻尼[3]。戈洛温（Golovin）等人[4,6,7]和方（Fang）等人[5]首次系统地研究了这些合金中的热激活非弹性效应，他们使用了温度和频率依赖的测量方法。后来，Ga含量较高的Fe26.6at%Ga合金由于“级联相变”现象[8]引起了研究人员的关注，随后有许多关于这些合金非弹性特性的研究，包括由相变引起的不同瞬态效应[9],[10],[11],[12],[13],[14]。2018年后，中国在这一领域开展了大量的研究工作，最初的研究集中在含18%Ga的合金[15],[16],[17]，随后扩展到了Ga含量更高的合金[18,19]。这一领域的活跃研究在第19届国际内摩擦与机械光谱会议（19th International Conference of Internal Friction and Mechanical Spectroscopy）的论文集中得到了体现[20]。值得注意的是，很少有论文报道这些合金中的高振幅依赖性阻尼现象[21]。一些研究关注了Fe26.6at%Ga合金与稀土元素（[22],[23],[24]）的合金化效应，以及用Al原子替代Ga原子[25],[26],[27],[28],[29]的影响。在本文中，我们采用了多种技术和方法来研究同一Fe26.6at%Ga合金中三种不同结构（平衡态L12、亚稳态D03和D019）的非弹性特性，并详细记录和讨论了由于相变引起的三种瞬态非弹性效应，这些效应分别表现出不同的磁化和磁致伸缩率（L12为负值，D03为正值，D019接近零）。
材料
采用Indutherm MC-20 V迷你炉，在高纯度氩气保护下，通过感应熔炼的方法，使用纯度为99.999%的Fe和Ga（商业纯度）在铜模具中快速凝固，制备了名义组成为27at%Ga的Fe26.6at%Ga合金。
通过能量色散X射线光谱（EDX）分析，确认合金的最终组成为Fe-26.6at%Ga。EDX校准过程是通过测量纯度为99.9999%的标准样品来完成的。
Fe-26.6Ga合金的结构和相变
图1a展示了以2 K/min的加热速率下的中子衍射数据。在450°C以下，从900°C淬火得到的样品主要由D03（空间群：Fm3?m）相组成。在450至550°C的温度范围内，观察到D03相向L12（空间群：Pm3?m）相的转变。图1b显示了转变相分数的变化率。在550至615°C之间，样品中存在单一的L12相；随后在615–650°C范围内发生L12向D019的转变。结论
在含有26.6at%Ga的Fe26.6at%Ga二元合金中，记录到了两种热激活效应和三种瞬态非弹性效应。600°C以下的非弹性行为主要通过动态机械分析（DMA）进行研究，而600°C以上的测量则使用扭转摆仪以Q?1（=tg(?)）的形式进行。在两种情况下，都采用了低频（0.1至30 Hz）的强迫振动。合金的结构和相变特性通过实时中子衍射进行了分析。
CRediT作者贡献声明
I.S. 戈洛温：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，监督，项目管理，资金获取，数据管理，概念构思。
V.V. 帕拉切娃：数据可视化，研究，数据管理。
A.A. 谢尔巴科夫：数据可视化，研究。
D. 马里：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，研究，概念构思。
H. 罗尼格：研究。
J. 西弗雷：撰写 – 原稿撰写，验证，软件开发，方法学研究，数据收集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了俄罗斯科学基金会的支持。本文的研究结果在2025年7月7日至11日在洛桑举行的ICIFMS-20国际会议上由I.S.G进行了汇报。我们感谢E.N. 扎纳耶娃（Dr. E.N. Zanaeva）、V.V. 切韦里金（Dr. V.V. Cheverikin）和D.O. 乌伊（Mr. D.O. Uyi）在VSM、EBSD和数据处理方面提供的帮助。
