編輯推薦：基于晶界(GB)在促進(jìn)非均相形核中的作用的傳統(tǒng)擴(kuò)散相變(PTs)任務(wù)微米尺度上晶粒尺寸的減小往往會(huì)加速整體相變動(dòng)力學(xué)，即一個(gè)經(jīng)典現(xiàn)象—越小越快。文章通過(guò)研究納米晶Fe-Ni基合金加熱時(shí)鐵素體(α)到奧氏體(γ)的轉(zhuǎn)變，研究證明，在納米尺度上細(xì)化晶粒尺寸會(huì)導(dǎo)致更慢的動(dòng)力學(xué)—越小越慢?；趯?shí)驗(yàn)分析和相場(chǎng)晶體模擬，納米顆粒材料中出現(xiàn)的這種較慢的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象是由于GB對(duì)新相生長(zhǎng)的抑制作用強(qiáng)于對(duì)成核的促進(jìn)作用。這一新的發(fā)現(xiàn)重塑了我們對(duì)PTs尺寸依賴機(jī)制的看法，并為通過(guò)細(xì)化晶粒設(shè)計(jì)PTs提供了有用的指導(dǎo)。

       晶界(GBs)是材料中最常見(jiàn)的平面缺陷，在固體相變(PTs)中起著至關(guān)重要的作用。一般來(lái)說(shuō)，GB以高能狀態(tài)存在，它們通過(guò)形成原子核而被消除提供了一個(gè)熱力學(xué)能量源，可以補(bǔ)償成核所需的一些能量成本。眾所周知，GB是非均相成核的較好位點(diǎn)，其成核勢(shì)壘比均相成核的低。一般認(rèn)為，隨著GB體積分?jǐn)?shù)的增加，晶粒尺寸的減小提供了更多的成核位點(diǎn)，產(chǎn)生了快速的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，這是“越小越快”的經(jīng)典現(xiàn)象。然而，在界面控制的PTs中，長(zhǎng)程溶質(zhì)擴(kuò)散不會(huì)發(fā)生，GB調(diào)節(jié)溶質(zhì)再分配的作用是不存在的。

       西工大研究員研究了Fe-Ni基合金在高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)加工過(guò)程中連續(xù)加熱時(shí)界面控制的α/γ相變變。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)納米尺度的晶粒細(xì)化可以導(dǎo)致更慢的相變動(dòng)力學(xué)(即，越小越慢)。這似乎與通常在微米尺度的材料中觀察到的“越小越快”的趨勢(shì)相矛盾。在此基礎(chǔ)上，他們討論了從納米晶到粗晶晶材料，GB在PTs中的作用。相關(guān)論文以題“Grain refinement tailoring the kinetics of phase transformation in nanograined Fe alloy: Smaller is slower”發(fā)表在Scripta Materialia。

       隨著HPT處理樣品中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化的進(jìn)行，抑制的動(dòng)力學(xué)是出乎意料的。這種緩慢的動(dòng)力學(xué)被發(fā)現(xiàn)與尺寸有關(guān)，即初始晶粒尺寸越小，轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)越慢，這可以稱為所謂的“越小越慢”。這一結(jié)果與“越小越快”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)形成鮮明對(duì)比，即具有精制晶粒尺寸的材料表現(xiàn)出加速的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，主要是因?yàn)镚B的數(shù)量越多，帶來(lái)更多的非均質(zhì)成核位點(diǎn)。

       與XRD結(jié)果一致，HPT處理的樣品的晶粒尺寸增加，但在加熱時(shí)保持在超細(xì)尺度。HPT處理樣品中異常延長(zhǎng)的α/γ轉(zhuǎn)化行為必須源于GBS的影響。

       HPT處理的樣品中PB遷移的速度確實(shí)比CG樣品中的PB遷移速度小得多，在整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，PB遷移速度幾乎恒定，這是大規(guī)模轉(zhuǎn)化的典型特征。在精細(xì)尺度材料的情況下，極大規(guī)模的GB群體往往會(huì)引起GB與PB遷移之間的劇烈相互作用，凸顯了GB對(duì)PB遷移的屏障的重要性。因此，盡管HPT處理的樣品中的大部分GB在轉(zhuǎn)化過(guò)程中可以作為豐富的成核位點(diǎn)發(fā)揮作用（如圖1b所示，其中最初觀察到更快的動(dòng)力學(xué)），但它也可能誘導(dǎo)以較高Q為特征的抑制生長(zhǎng)行為。鉛.后一種效應(yīng)是導(dǎo)致在這些樣品中觀察到的α/γ轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)減慢的原因。

       GB在擴(kuò)散性PT中起著雙重作用：它們要么充當(dāng)加速PT的成核位點(diǎn)（即主動(dòng)作用），要么充當(dāng)延緩PT的“束縛    中心”（即負(fù)作用）。這兩種作用相互競(jìng)爭(zhēng)，影響隨著晶粒尺寸減小的動(dòng)力學(xué)總體變化，最終使相變動(dòng)力學(xué)的尺寸依賴性發(fā)生逆轉(zhuǎn)。對(duì)于粗晶粒材料，GB的主動(dòng)作用發(fā)揮了主導(dǎo)作用，因此“越小越快”。相比之下，對(duì)于通過(guò)嚴(yán)重塑性變形方法獲得的納米晶粒和超晶粒材料，豐富的非平衡GB可以使其負(fù)作用更有效，因此“越小越慢”。

       總而言之，這項(xiàng)工作揭示了納米顆粒Fe-8Ni-0.4Nb合金中較慢的α/γ轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，與粗晶粒合金相比?！霸叫≡铰爆F(xiàn)象歸因于大量GB引起的抑制增長(zhǎng)行為。在此基礎(chǔ)上，研究結(jié)果為理解GB在擴(kuò)散PT中所起的雙重作用提供了新的線索，即充當(dāng)新相形成的異質(zhì)成核位點(diǎn)，并作為相發(fā)育的束縛中心（屏障）。