马志超等：金属镁中去孪晶过程与自间隙原子交互作用的分子动力学模拟 547 Shear 错(Twinning dislocation,TD)偶极子的形核及长大. 李晶位错偶极子由两个孪品位错组成（图3(2）)， Matrix 它们在剪切作用下反向运动，从而导致共格孪晶 界的迁移.模拟结果显示，当两个共格孪晶界迁移 Basal plan CTB 至较近距离，晶界上的孪晶位错将于某一区域集 中形核（图3(a3~a4)).形核时产生的TD萌芽 SIA (TD embryo)是孪晶位错形核过程中的标志性缺 陷结构2可，在图3(a4)中可见.孪晶位错的集中形核 使得两个共格孪品界在此处相接，并随后湮灭，形 CIB Potential energy/eV -1.057 -1.608 [10T2] (al) (b1) y[12101● Rigd body 色B Shear Basal plane 图1模型示意图（图中李品界处原子与间隙原子均被放大显示，黑 色虚折线标识了孪品内外的基平面) (a2) b2 Fig.1 Schematic of simulation model (Atoms at the coherent twin boundaries (CTBs)and the self-interstitial atoms (SIAs)are magnified for observation.The black dotted lines denote the basal planes inside and outside the twin) 最低，且因两者构型相近（图2(b)),相互转化所需 (a3 (b3 的能垒也很低四在本文的分子动力学模拟中，共 存在5种间隙构型，分别为C、S、BO、BC和BS, 如图2(b)所示.在体系未受外载的条件下，所预置 的自间隙原子多以C和S构型存在，并可以相互 转化，这与第一原理计算结果相符四，具体结果将 a41 TD embrvo 在下文讨论 b6 B (a) (b) 图2密排六方金属中可能存在的8种间隙构型示意图()及本文分 子动力学模拟中存在的间隙构型(b) Fig.2 Schematic of eight possible configurations of SIAs in hcp metals (a) 6 (a)and configurations obtained in this work(b) 图3去孪品过程(a)及去李品过程与自间隙原子交互作用(b)(图中 2.2去孪晶过程对自间隙原子空间分布的影响 的虚线所示为孪品内外两部分品体各自的基面.原子按其势能大小着 图3(a)所示为分子动力学模拟中的去孪晶过 色.品界处原子与间隙原子均被放大显示，以便观察) 程.相关研究表明-0，共格孪晶界在剪切载荷下 Fig.3 Detwinning process(a)and interaction between the CTBs and the SIAs(b)(The dotted lines denote the basal planes inside and outside the 的迁移由孪晶位错环的均匀形核及扩展完成.孪 twin.Atoms are colored according to potential energy.Atoms on the 晶位错环的形核及扩展在图3(a)中表现为孪晶位 CTB and in the interstitial structure are magnified for observation)最低，且因两者构型相近（图 2（b）），相互转化所需 的能垒也很低[21] . 在本文的分子动力学模拟中，共 存在 5 种间隙构型，分别为 C *、S *、BO、BC 和 BS， 如图 2（b）所示. 在体系未受外载的条件下，所预置 的自间隙原子多以 C *和 S *构型存在，并可以相互 转化，这与第一原理计算结果相符[21] ，具体结果将 在下文讨论. S S * C T BT BC O BO BS C* S * BC BS C* S S * S * C T BT (a) (b) BC BC BO BS O BO BS C * C* 图 2 密排六方金属中可能存在的 8 种间隙构型示意图（a）及本文分 子动力学模拟中存在的间隙构型（b） Fig.2 Schematic of eight possible configurations of SIAs in hcp metals (a) and configurations obtained in this work (b) 2.2    去孪晶过程对自间隙原子空间分布的影响 图 3（a）所示为分子动力学模拟中的去孪晶过 程. 相关研究表明[27−30] ，共格孪晶界在剪切载荷下 的迁移由孪晶位错环的均匀形核及扩展完成. 孪 晶位错环的形核及扩展在图 3（a）中表现为孪晶位 错（Twinning dislocation, TD）偶极子的形核及长大. 孪晶位错偶极子由两个孪晶位错组成（图 3（a2））， 它们在剪切作用下反向运动，从而导致共格孪晶 界的迁移. 模拟结果显示，当两个共格孪晶界迁移 至较近距离，晶界上的孪晶位错将于某一区域集 中形核（图 3（ a3～a4））. 形核时产生的 TD 萌芽 （TD embryo）是孪晶位错形核过程中的标志性缺 陷结构[27] ，在图 3（a4）中可见. 孪晶位错的集中形核 使得两个共格孪晶界在此处相接，并随后湮灭，形 Shear Shear SIA Twin CTB Basal plane Rigid body Rigid body z [101− 2] x [1− 011] y [12− 10] CTB Matrix Matrix H 图 1 模型示意图（图中孪晶界处原子与间隙原子均被放大显示，黑 色虚折线标识了孪晶内外的基平面） Fig.1 Schematic of simulation model (Atoms at the coherent twin boundaries (CTBs) and the self-interstitial atoms (SIAs) are magnified for observation. The black dotted lines denote the basal planes inside and outside the twin) (a1) Basal plane C * C* S * S * Basal plane BC CTB TD CTB (b1) (a2) (b2) (a3) (b3) (a4) TD embryo TD embryo TD TD TD BC BC BPI BPI BS BS BS SIA pair BO (b4) (a5) (b5) (a6) (b6) (a) (b) −1.057 −1.608 Potential energy/eV 图 3 去孪晶过程（a）及去孪晶过程与自间隙原子交互作用（b）（图中 的虚线所示为孪晶内外两部分晶体各自的基面. 原子按其势能大小着 色. 晶界处原子与间隙原子均被放大显示，以便观察） Fig.3 Detwinning process (a) and interaction between the CTBs and the SIAs (b) (The dotted lines denote the basal planes inside and outside the twin. Atoms are colored according to potential energy. Atoms on the CTB and in the interstitial structure are magnified for observation) 马志超等： 金属镁中去孪晶过程与自间隙原子交互作用的分子动力学模拟 · 547 ·