基于CoNi基超合金中Frank偏置攀移导致的超晶格堆垛缺陷形核机制

《Acta Materialia》：On the origin of superlattice stacking faults nucleation via climb of Frank partial in CoNi-based superalloys

　　

Zhida Liang|Yinan Cui|Li Wang|Xin Liu|Bin Liu|Yong Liu|Fengxian Liu

摘要

超合金的高温变形是由位错的协同滑移-攀移运动所控制的。在γ′相中，超晶格堆垛缺陷主要被认为是通过保守的Shockley部分滑移来形成的。在此，我们证明，在850°C下压缩CoNi基超合金的L1₂结构时，非保守的$a/3〈111〉$ Frank部分滑移是一种在动力学上可行的途径，可导致CoNi基超合金的L1₂结构中既存在超晶格固有堆垛缺陷，也存在外来堆垛缺陷。高分辨率透射电子显微镜观察显示，形成于γ/γ′界面的Frank部分滑移能够攀移到γ′相中，通过正向攀移产生固有堆垛缺陷，通过反向攀移产生外来堆垛缺陷。重要的是，实验首次证实了反向攀移辅助下的外来堆垛缺陷成核现象，而且所观察到的正向攀移辅助下的固有堆垛缺陷形成机制与以往报道的机制有本质不同。我们发现，这些Frank部分滑移源自于一个30°的Shockley部分滑移与共格{111}面上的60°混合位错之间的反应，从而形成能量稳定的结构，进而促进后续的攀移。能量和动力学分析表明，溶质偏聚导致的堆垛缺陷能量降低是Frank部分滑移攀移的主要驱动力，这使得攀移得以持续进行，进而导致堆垛缺陷的扩展。定量比较还表明，在较高温度下，由溶质拖拽控制的Shockley滑移的迁移率可与由空位扩散控制的Frank部分滑移的迁移率相当。这些发现表明，攀移辅助下的堆垛缺陷形成是γ′相中一种重要的变形机制，且固有堆垛缺陷和外来堆垛缺陷的扩展都可以通过Frank部分滑移来实现，为理解CoNi基超合金中的位错控制高温变形提供了新的见解。