原位EBSD揭示Cu-Cr-Zr-Sc合金塑性变形机制：晶界Sc偏聚与滑移传递行为研究

本文推荐语：本研究通过原位电子背散射衍射(EBSD)技术，系统分析了Sc偏聚对Cu-Cr-Zr合金塑性变形机制的影响。发现晶界(GBs)处Sc富集虽不阻碍滑移传递，但通过增强晶界结合力显著提升裂纹协调能力；提出复合施密特因子(CSF)比传统几何相容因子(m′)更能准确预测低施密特因子(SF)滑移系的激活行为，为高强高导铜合金设计提供新见解。

　　

Highlight

通过原位EBSD/SEM拉伸实验，揭示了Cu-Cr-Zr-Sc合金的独特变形行为：

• 变形过程中晶粒内部到晶界呈现梯度取向旋转，孪晶两侧滑移系呈镜像对称激活

• 多滑移系协同激活及位错-第二相相互作用导致晶内局部应变波动

• 富Sc晶界偏聚不影响相邻晶粒间滑移传递，但通过增强晶界结合力显著抑制高应变下裂纹扩展

The effect of Sc-rich segregation on the plastic behavior of the alloy

Sc在晶界的偏聚行为展现出双重效应：

1）虽然Sc在Cu-Cr-Zr合金晶界形成Cu₄(Sc,Zr)金属间化合物，但不同于传统合金元素会降低延展性，其偏聚不阻碍滑移传递

2）通过第一性原理计算证实，Sc偏聚使晶界结合能提升27%，使裂纹扩展所需能量提高至1.8 J/m²，表现为"自愈合"式裂纹阻滞现象

Conclusion

本研究得出三大核心结论：

1）孪晶界两侧滑移系呈现独特的对称激活模式，复合施密特因子(CSF)比几何相容因子(m^′)更准确预测滑移传递

2）Sc偏聚通过"钉扎效应"提升晶界强度，使裂纹扩展呈现"走停"模式（平均每μm停顿3次）

3）第二相粒子与位错交互作用产生的局部应变场是诱发次级滑移的关键因素