福州大学《JMST》：原位透射电镜实现合金界面断裂的原子级观察 透射电镜分析实例

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一、福州大学《JMST》：原位透射电镜实现合金界面断裂的原子级观察

一、福州大学《JMST》：原位透射电镜实现合金界面断裂的原子级观察

硬质合金的硬度与WC晶粒大小成反比，晶粒长大抑制剂被广泛用于制备晶粒较小的硬质合金。据报道，晶粒生长抑制剂的溶质原子在WC-Co界面偏析，导致形成薄膜状二维界面相。VC和Cr3C2是工业上最有效的晶粒生长抑制剂，两种掺杂都能诱导界面复合。

最近，福州大学的研究人员在原位弯曲了掺钒的WC-Co硬质合金的纤维片，并用透射电镜观察了裂纹的扩展。用AC-STEM表征和比较了WC-Co界面断裂前后的原子构型，提出了原子尺度的键断裂路径，并用DFT计算验证了实验中观察到的断裂行为。相关论文发表在《材料科学与技术》杂志上，题目是“在一个掺v的WC-co界面原位断裂表面的原子观测”。

论文链接：图1显示了FIB片材的原位TEM弯曲实验。(a)加载前的状态，(b)连续加载3分钟后未发现裂纹，(c)由裂纹引发的缺口，以及(d，e)裂纹沿WC-Co界面扩展。(f)的裂纹使相邻的WC颗粒偏转。图2AC-STEM描述了WC-Co断裂前的相界面。(a，b)Co粘结相和WC晶粒的菊池线，(c)相界面的高分辨率HAADF图像，(d-g)相界面的EDS图，(h)EDS强度线轮廓和(I)组成轮廓分析。

图3断裂WC-Co界面的系统表征(a)WC侧解理面的HAADF图像，(b-e)相界面的EDS图，(f)EDS强度线轮廓和(g)成分轮廓分析。图4 (a)钒掺杂WC-Co界面的DFT优化界面结构。(b)WSEP各层界面断裂做功。

本研究从V掺杂WC-Co的单键界面提供了断裂表面的原子分辨率观察，并借助第一性原理计算提供了对失效机制的新认识。偏析诱导的三层原子层与WC颗粒共格，表现出高韧性。另一方面，三层超晶格结构与随机取向的钴相之间的不相干降低了层间结合强度，这一点通过理论计算得到了验证。构建共格WC-Co界面可能是提高硬质合金力学性能的有效方法。

虽然本研究揭示了WC-Co界面是机械载荷下的优先断裂界面，但这并不一定表明WC/Co界面是WC-Co复合材料中最薄弱的关键组分之一。目前的研究旨在比较在商业制造的硬质合金中常见的V掺杂WC-Co界面上不同界面层的强度。未来需要进行系统的研究来比较不同粘结剂的界面粘结强度。

总之，通过像差校正后的HAADF成像和能谱分析研究了断口的原子结构和化学性质。通过对比断裂前后的WC/Co界面，发现含V的类fcc三层结构与相邻的Co相一起断裂。DFT计算表明，键合特性和界面不相干降低了层间的键合强度(正文：小太阳)

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