孪生是金属塑性变形的一种重要形式，改变晶粒形状与晶体取向，使金属发生宏观变形。与中/高层错能面心立方结构(FCC)多晶中的情况不同，变形孪生是FCC纳米金属的重要塑性协调方式，相同柏氏矢量的Shockley不全位错从晶界形核并发生滑移，每层(111)面相对于其毗邻面沿孪生方向位移原子间距的分数值，使局部区域(即孪晶)均匀切变，称为MAP (monotonic activation of partials)机制。对纳米金属的孪生变形影响宏观塑性变形和力学性能的机理尚没有很好的解释。

 

最近，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室武晓雷研究员及其合作者在FCC纳米金属Al、Ni和Cu中发现一种新的变形孪生现象，孪生没有产生宏观应变、亦不改变晶粒的形状，提出了RAP(random activation of partials)孪生机制进行解释。FCC晶体的ABCABCABCABCA堆垛结构中，不同柏氏矢量的Shockley不全位错b1、b2和b3在毗邻的(111)孪晶面上形核，发生A→B、B→C和C→A原子面滑移，堆垛顺序变为ABCACBACBABCA，即形成了六个原子层厚的孪晶，由于Σb=0，因而孪生不产生宏观应变。晶界、晶界台阶和晶界位错分解等均可以形成不同柏氏矢量的不全位错，局部很大的切应力使不全位错的随机形核和滑移成为可能。同时，RAP孪生比MAP孪生需要更小的切应力，实验表明在纳米Ni的拉伸、冷轧和高应变速率冲击变形中，RAP孪生均占主导地位，但随应变速率/应力的增加，MAP孪生的比例逐渐增加。

 

该研究结果对从宏微观层次深入理解纳米金属的塑性行为、特别是应变硬化和应变速率敏感性具有重要意义。相关工作发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。该工作得到了国家自然科学基金委和中国科学院的资助。（来源：中科院力学研究所）