一、 【导读】
2026年1月23日，由兰州大学马栓教授、清华大学朱静院士、北京大学段慧玲院士以及钢铁研究总院王民庆教授团队合作，在镍基高温合金718Plus层错处的元素偏析机制研究领域取得突破性进展 。该研究成果以《Elemental segregation-dependent γ′′ nucleation on stacking faults during creep in 718Plus superalloy》为题，发表在金属材料领域权威期刊《Scripta Materialia》上
二、【成果掠影】
在本研究中，作者通过原子尺度Z衬度（高角环形暗场像，HAADF）结合蠕变模型，研究了718Plus合金在650℃/800 MPa和730℃/500 MPa条件下层错（SFs）与微孪晶的偏聚行为及其相互作用。结果表明，蠕变变形主要由层错和微孪晶主导，且在层错位置观察到显著的Nb和Co富集以及Al和Ni的贫化。此外，γ″-Ni₃Nb析出相优先在层错交叉处形核，这表明缺陷演变与析出过程之间存在动态交互作用。通过对比基于微孪晶的蠕变模型与实验数据发现，γ’相中的微孪晶提供了主要的强化贡献，其滑移阻力约为92.3 MPa，占总硬化效应的62%。与之形成鲜明对比的是，γ″析出相引起的硬化效应可以忽略不计（约0.15 MPa）。这些原子尺度的研究结果深化了我们对718Plus高温合金中蠕变机制及γ″析出行为的理解，为合金设计提供了重要指导。
三、【核心创新点】
利用球差电镜和蠕变本构模型定性和定量研究了718Plus合金层错处γ″ 形核介导的元素偏析机制，以及对材料性能的贡献值。
四、【数据概览】
图1 图1. (A) 718Plus合金在蠕变变形前的初始显微组织；(B) 图1(A)中γ′析出相的尺寸分布。718Plus在650°C/800 MPa条件下的蠕变显微组织：(C) 微孪晶的TEM明场像；插图为该区域的电子衍射花样。(D) 平行层错的TEM暗场像；(E) 层错网络；(F) 两处层错相交位置的原子分辨率HAADF图像示例。虚线标出γ/γ′相界。718Plus在730°C/500 MPa条件下的蠕变显微组织：(G) 微孪晶的TEM明场像；插图为该区域的电子衍射花样。(H) 平行层错的TEM暗场像；(I) 层错网络；(J) 两处层错相交位置的原子分辨率HAADF图像示例。
图2 . (A) SISF的低倍率参考图像，(A1) SISF的原子结构STEM-HAADF图像及对应的EDS面扫分析；(B) 沿图2A1中浅绿色箭头方向对SISF的集成EDS线扫描；(C) 微孪晶的低倍率参考图像，(C1) 微孪晶的原子结构STEM-HAADF图像及对应的EDS面扫分析；(D) 沿图2C1中浅绿色箭头方向的集成EDS线扫描；(E) ATI718Plus合金在730°C/500 MPa条件下SISF的低倍率参考图像，(E1) SISF的原子结构STEM-HAADF图像及对应的EDS面扫分析；(F) 沿图2E1中浅绿色箭头方向对SISF的集成EDS线扫描。
图3 图3. (A) ATI718Plus合金在650°C/800 MPa条件下，图3D中红色方框区域的原子分辨率EDS面分布图；(B) ATI718Plus在650°C/800 MPa条件下D0₁₉结构区域的EDS面分布图。橙色线条标示了层错（SFs）的界面。(C, D) γ″相在层错网络区域形核与析出的STEM HAADF图像；(D) 图3C中白色方框区域的放大图像及沿〈110〉方向的γ″原子模型。白色箭头指示形核位置，黄色箭头指示一个γ″析出相。红点代表含Nb和Ni原子的原子柱，蓝点代表含Ni原子的原子柱。(E) 图3B中白色方框区域的放大图像及D0₁₉结构Co₃W相沿[110]方向的原子模型。绿色球体代表Co原子，紫色球体代表W原子。(F) 不同结构的D0₁₉相单胞。基矢已转换为正交矢量；(G) D0a相；(H) 从L1₂结构中提取的一个SISF（内禀层错）的原子模型。
图4 (A) 650°C/800 MPa条件下两处层错相交的HAADF图像；(B) 白色方框区域的放大图像；红点表示含Nb的原子柱。(C) 白色方框区域的Nb元素EDS面分布图。(D) 在650°C/800 MPa样品螺纹区域发现的一个γ″析出相；插图为白色方框区域的Nb元素EDS面分布图。(E) 730°C/500 MPa条件下两处层错相交的HAADF图像。(F) 在730°C/500 MPa样品螺纹区域发现的一个γ″析出相；插图为白色方框区域的Nb元素EDS面分布图。(G) 不同硬化机制对滑移阻力的贡献。(H) 基于微孪晶机制的镍基高温合金蠕变计算模型预测的析出硬化效应与γ″相体积分数的关系；γ″相的平均半径为10 nm。(I) 基于微孪晶机制的镍基高温合金蠕变计算模型预测的析出硬化效应与γ″相半径的关系；γ″相的体积分数为3.3%。
五、【成果启示】
γ”析出相倾向于在层错及其交叉点附近形核，这很可能由应变能驱动的Nb偏聚所促进。通过对比模型分析发现，γ’相诱发的微孪晶是主要的强化机制（约92.3 MPa），而理论预测与实验数据的差异可通过Nb向层错偏聚（同时降低应变能和层错能）来解释。这些发现为理解718Plus高温合金的中温蠕变行为提供了新的原子尺度见解。
原文详情：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2026.117186
本文由王少兰供稿
