通过低温六方密排α-相和高温体心立方β-相之间的相变而获得的两相钛基合金在航空航天和生物医学等领域有着广泛的应用。揭示新相从母相的演化过程，对于控制相变组织和材料性能至关重要。

基于此，浙江大学余倩研究员，西安交通大学马恩教授，张伟教授，宾夕法尼亚州立大学Long-qing Chen报道了在实验中观察到Ti-Mo双相合金在亚微米分辨率下发生了非经典形核介导的α到β的相变。

文章要点

1）通过原位STEM实验和从头算分子动力学模拟的逐个原子比较，研究人员发现了一条清晰的原子尺度转变路径：当Mo含量为5.5 at.%时，平衡的无序bcc相在Ti-Mo组分处形核，在此之前的中间步骤包括：无序hcp→亚稳态hcp超结构随Mo含量增加→bcc超结构→无序bcc。Mo原子在化学上有序成纳米级的超六角结构，可以很容易地转化为体心立方结构，并具有极低的能垒，可以通过原子振动来克服，中间的超六角结构靠近体心立方结构，因此原子重组只需要在振动振幅的尺度上进行微小的位移。随后，有核体心立方的生长由Mo原子的持续注入来维持，直到达到平衡成分。

2）这项研究表明，相变分析理论需要考虑复杂的和非经典的中间态，这可以大大降低基于经典成核理论的成核势垒。此外，研究也证明了协同的原位原子分辨率观测和最先进的原子模拟在探索原子尺度的过程中的重要性，例如相变的早期阶段。尽管实验观测已经提供了平衡态和中间态的高保真原子结构，但原子模拟有助于在超高时间分辨率下阐明原子机制和定量能量学。

参考文献

Fu, X., Wang, XD., Zhao, B. et al. Atomic-scale observation of non-classical nucleation-mediated phase transformation in a titanium alloy. Nat. Mater. (2021).

DOI：10.1038/s41563-021-01144-7

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01144-7