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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121371

T₁相的形核過(guò)程一直被認(rèn)為具有高度挑戰(zhàn)性，主要由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機(jī)制、對(duì)位錯(cuò)等缺陷的高度依賴性以及對(duì)成分與原子尺度界面條件的嚴(yán)格要求。在典型的三元Al-Cu-Li合金中，T₁相通常只能在預(yù)變形引入的位錯(cuò)或晶界等高能缺陷處實(shí)現(xiàn)異質(zhì)形核，而均勻形核幾乎不發(fā)生。這極大地限制了T₁相的數(shù)量控制和空間分布，進(jìn)而影響了合金的強(qiáng)化效果與力學(xué)性能表現(xiàn)。若能夠?qū)崿F(xiàn)T₁相的均勻形核機(jī)制識(shí)別與調(diào)控，將有助于在無(wú)外加應(yīng)變的條件下構(gòu)建精細(xì)、分布均勻的T₁析出相，從而提升合金的整體性能，為航空航天等高端裝備材料提供更高效的設(shè)計(jì)策略和工藝窗口。更多精彩歡迎關(guān)注公眾號(hào)“材料科學(xué)與工程”。

圖1通過(guò)原位HAADF-STEM與EDX聯(lián)合表征，首次直接觀察到不依賴預(yù)存位錯(cuò)的T_1p相均勻形核行為，突破了長(zhǎng)期以來(lái)“位錯(cuò)控制形核”的傳統(tǒng)認(rèn)知，明確揭示了T_1p亦可通過(guò)均質(zhì)路徑演化，為理解T₁前驅(qū)體的成核機(jī)制提供了全新視角。

本研究打破了T₁相形核必須依賴缺陷的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，提出T1相的形核過(guò)程包括：T_1p均勻形核 + Kagomé網(wǎng)格驅(qū)動(dòng) + SPD輔助重構(gòu) + 元素協(xié)同擴(kuò)散等過(guò)程，系統(tǒng)揭示了微合金元素Ag和Mg在T₁析出調(diào)控中的協(xié)同角色，實(shí)現(xiàn)了T₁形核機(jī)制從“缺陷輔助”向“元素調(diào)控”的范式轉(zhuǎn)變。這一工作不僅解決了T₁相形核機(jī)制的長(zhǎng)期懸而未決問(wèn)題，也為未來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)預(yù)變形條件下高密度、可控T₁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)與工藝依據(jù)，為開(kāi)發(fā)高性能Al-Cu-Li-Mg-Ag航空結(jié)構(gòu)合金開(kāi)辟了新路徑。

圖2 本研究首次在原子尺度實(shí)驗(yàn)證實(shí)，T₁相不僅可由預(yù)存在位錯(cuò)分解而來(lái)，也可通過(guò)在T_1p內(nèi)部自主成核的位錯(cuò)環(huán)或一組柏氏矢量相反哦位錯(cuò)對(duì)引發(fā)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)須依賴外部位錯(cuò)的T₁均質(zhì)形核路徑。這一發(fā)現(xiàn)突破了以往T₁形核必須依賴高能缺陷的經(jīng)典觀點(diǎn)，為調(diào)控T₁相分布、提升Al-Cu-Li基合金性能提供了新的理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)策略。

圖3 通過(guò)系統(tǒng)的HAADF-STEM和EDX分析，發(fā)現(xiàn)T₁在結(jié)構(gòu)成熟后仍經(jīng)歷緩慢的Cu與Li組元摻入過(guò)程，呈現(xiàn)出多路徑、非同步的成分演化行為。不同于傳統(tǒng)認(rèn)為T_1p→T₁為突變式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的觀點(diǎn)，本研究揭示該過(guò)程實(shí)為成分主導(dǎo)的漸進(jìn)式演化，顛覆了將“未成熟T1”視為獨(dú)立結(jié)構(gòu)相的傳統(tǒng)分類方式。

本研究由南京工業(yè)大學(xué)丁立鵬副教授作為第一作者完成，蘇州實(shí)驗(yàn)室楊慶波助理研究員與南京工業(yè)大學(xué)賈志宏教授共同擔(dān)任通訊作者。