Atomic-scale observation of non-classical nucleation-mediated phase transformation in a titanium alloy

材料科学 亚稳态 相(物质) 成核 化学物理 上部结构 钛合金 相变 原子单位 合金 热力学 结晶学 冶金 化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Xiaoqian Fu,Xudong Wang,Beikai Zhao,Qinghua Zhang,Suyang Sun,Jiangjing Wang,Wei Zhang,Lin Gu,Yang-Sheng Zhang,Wenzheng Zhang,Wen Wen,Ze Zhang,Long‐Qing Chen,Qian Yu,E. Ma
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (3): 290-296 被引量:58
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01144-7
摘要

Two-phase titanium-based alloys are widely used in aerospace and biomedical applications, and they are obtained through phase transformations between a low-temperature hexagonal closed-packed α-phase and a high-temperature body-centred cubic β-phase. Understanding how a new phase evolves from its parent phase is critical to controlling the transforming microstructures and thus material properties. Here, we report time-resolved experimental evidence, at sub-ångström resolution, of a non-classically nucleated metastable phase that bridges the α-phase and the β-phase, in a technologically important titanium–molybdenum alloy. We observed a nanosized and chemically ordered superstructure in the α-phase matrix; its composition, chemical order and crystal structure are all found to be different from both the parent and the product phases, but instigating a vanishingly low energy barrier for the transformation into the β-phase. This latter phase transition can proceed instantly via vibrational switching when the molybdenum concentration in the superstructure exceeds a critical value. We expect that such a non-classical phase evolution mechanism is much more common than previously believed for solid-state transformations.
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