1. 简介

通过X射线衍射（XRD）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究了Cu-69.4Ni-3.4Al-27.2（原子百分比）单晶中2H马氏体的三种可能孪生模式（I型、II型和复合型）及其对应的孪晶界，并重点讨论了其孪生应力或孪晶界迁移率的显著差异。在自协调马氏体中，这三种模式不仅共存，而且存在晶体学耦合。复合孪晶界是共格的共面镜面，具有最小的孪生剪切量；II型孪晶界同样是共格且无应变的界面，其高指数有理近似通过立体投影辅助的迹线分析确定，与弹性连续介质理论计算的无理指数结果吻合良好。I型孪晶界是最复杂的界面，伴随高应力和孪晶带内高密度堆垛 faults。HRTEM观察证实了两种不同的应力态I型孪晶界。Cu-Ni-Al合金的本征孪生模式为复合孪生，压缩条件下II型孪生是主要的变形孪生模式。变形过程中I型孪晶逐渐消失，最终形成含有复合孪晶的II型孪晶带。不同孪晶界原子结构的显著差异是导致孪生应力剧烈变化的重要原因。

2. 文章亮点

1. 揭示2H马氏体孪晶界原子结构与应力状态的直接关联
通过HRTEM首次证实了Cu-Ni-Al合金中I型孪晶界存在两种不同的应力态（拉伸与压缩），并发现其与高密度堆垛 faults 的耦合关系，为理解孪生应力差异提供了原子尺度证据。

2. 提出复合孪晶作为变形主导模式的层级结构模型
结合XRD与TEM发现复合孪晶以纳米尺度嵌入II型孪晶带内，形成层级结构，其极低孪生应力（1-2 MPa）和共格界面特性解释了其在变形中的优先激活机制。

3. 建立I/II型孪晶界的理性化原子构型理论
基于实验数据构建了四种I型孪晶界原子构型模型（图11），阐明了界面应力与原子 shuffling 的关联性，并验证了II型孪晶界的高指数有理近似与连续介质理论的一致性（误差

3. 研究背景

Cu-Ni-Al合金作为形状记忆合金（SMA）的典型代表被广泛研究，因其晶体结构相对简单、单晶易于制备且相变温度接近室温。Cu-Ni-Al单晶具有大相变应变、高循环稳定性、抗相变断裂性以及相变相间良好的相容性。此外，其马氏体相中孪晶界表现出较低的孪生应力或高迁移率。

尽管形状记忆合金中孪晶界的高迁移率现象已被广泛关注，但其内在机制尚未深入研究。磁性形状记忆效应（如Ni-Mn-Ga单晶中高达12%的磁场诱导变形）的发现为该领域注入了新动力，但孪晶界极端迁移率的物理根源仍不明确。由于Ni-Mn-Ga合金的铁磁性、孪晶界在磁场中的高迁移率以及调制马氏体的脆性，相关研究面临挑战。近期工作表明，具有可移动孪晶界的Cu-Ni-Al单晶可作为Ni-Mn-Ga的非磁性类比材料，其研究有助于揭示孪晶界高迁移率的普适性机制。

Cu-Ni-Al合金的D0₃有序母相（β奥氏体）会转变为调制的2H或18R马氏体，具体取决于成分、温度及应力条件。压缩条件下倾向于形成2H结构，而拉伸则易形成18R结构。本文聚焦2H马氏体，因其孪晶结构表现出显著的孪生应力差异（复合孪晶应力低至1-2 MPa，与Ni-Mn-Ga相当）。

2H马氏体被描述为单斜晶系（空间群Pnmm），其晶格参数为amm），其晶格参数为a = b = 6.089 Å，c = 5.368 Å，γ = 92.07°。该结构可视为由两层纳米孪晶交替堆叠而成，类似于Ni-Mn-Ga中的调制马氏体。(110)面的原子位移（约最近邻原子距离的1/12）导致衍射图中出现超结构反射。

2H马氏体存在三种可能的变形孪生模式：I型（有理孪生面/无理剪切向量）、II型（无理孪生面/有理剪切向量）和复合孪生（有理孪生面与剪切向量）。已有研究表明，I型孪晶带宽度（约0.2 μm）远小于II型（数微米），且I型孪晶常嵌入II型孪晶带内。压缩变形中，II型孪生是主导模式（应力约20 MPa），而复合孪生应力低至1-2 MPa。尽管已有大量研究，但缺乏原子尺度的高分辨电镜（HRTEM）对比分析，特别是孪晶界原子构型与迁移率的关联机制尚未阐明。本文通过TEM和XRD系统研究Cu-Ni-Al合金中所有孪生模式，旨在揭示孪晶界高迁移率的本质原因。

4. 图文解析

5. 文章结论

通过X射线衍射（XRD）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究，我们系统分析了Cu-69.4Ni-3.4Al-27.2（原子百分比）单晶中2H马氏体的三种孪生模式（I型、II型和复合型）及其对应孪晶界的特性。研究结果表明，在自协调马氏体中，这三种模式不仅共存，而且存在晶体学耦合。复合孪晶界作为共格的共面镜面，具有最小的孪生剪切量；II型孪晶界同样为共格且无应变的界面，其高指数有理近似通过立体投影辅助的迹线分析确定，与弹性连续介质理论计算的无理指数结果吻合良好（偏差

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117598