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金屬頂刊《Acta Mater》：6系鋁合金析出相研究獲重要進展

2020-03-10 14:41:05 作者：本網整理來源：材料科學網分享至：

6xxx系Al-Mg-Si合金由于具有中高強度、低質量等優點，在汽車等領域得到了廣泛的應用。在人工時效過程中，強度的提高與析出物的結構、形狀、取向、尺寸和數密度有很大關系。Al-Mg-Si合金的一般時效析出順序為：過飽和固溶體→原子團簇→GP區→β''→β'，U1，U2，B'→β，Si。而B'是發生在過時效階段的板條狀的亞穩型沉淀。自2000年B'被發現以來，其詳細的原子結構從未被實驗證實過。

在這項工作中，研究者系統的確定了B'的晶格結構、并進行了第一性原理計算，分析了B'沉淀物最可行的原子結構以及B'析出物與Al基體之間的界面關系，為完全理解Al-Mg-Si(-Cu)合金析出順序和合金設計提供了重要依據基礎。相關論文以題為“Atomic scaleinvestigation of the crystal structure and interfaces of the B' precipitate inAl-Mg-Si alloys”于2月15日發表在金屬材料頂級刊物 Acta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.059

在這項工作中，通過透射電子顯微鏡（TEM）在80 kV的低損傷電壓和200 kV的精心控制的低損傷條件下，利用HAADF-STEM和EDX元素圖譜確定了B'的晶體結構。研究者發現B'是時效過程Al-Mg-Si合金中常見的一種亞穩態析出物，由于其晶格參數的相似性，長期以來被認為是Al-Mg-Si-Cu合金中Q析出物的變體。然而，發現B'是一個六邊形晶胞，空間群為，晶格參數a=10.3(1)，c=4.05，Al3Mg9Si8模型。并且用50%的Si原子和50%的空位推測了B'中與Q結構中的Cu位相似的M位。另外還發現Al3Mg9Si8具有最低的形成焓和最小的晶格失配，且沿[0001]生長方向與Al基體的晶格失配最小。

圖1. 時效250℃/3h的Al-Mg-Si合金中B'，U1和U2析出相的透射電鏡觀察

圖2. 時效250℃/3h的Al-Mg-Si合金中B'析出物的HAADF-STEM圖像和EDX圖(在80 kV時獲得)

圖3.200kV時獲得的原子分辨率HAADF圖像和EDX元素圖

圖4. B'相晶體結構模型(基于實驗和第一性原理計算建立)

圖5. B'/Q’析出物與Al基體之間的界面。

圖6. B'和缺陷結構之間的結構差異。

圖7. 不同B'沉淀的GPA結果

這項研究不僅確定了B'晶體結構，而且還通過密度泛函計算，發現M位由50%Si和50%空位占據的模型Al3Mg9Si8是最合理的，同時也很好地解釋了HAADF-STEM和EDX的結果。并且發現它與Al基體在[0001]B'方向的生成焓最低，晶格失配最小。因此，Al3Mg9Si8模型被改進為一種新的化學計量基態，取代了以前的模型Al3Mg9Si7。發現Al和Mg位稍有混合，這改變了Mg/Si比。另外還確定了B'與Al的取向關系、B'析出物的缺陷結構以及首次為U1→U2→B'的轉變提供了原子分辨證據等。

該項研究更正了傳統人們對6xxx系Al-Mg-Si合金時效析出序列的認知，為更多研究者今后更精準的時效分析提供了指導，加快了該合金更廣泛的在汽車等其它領域的應用。
6xxx系Al-Mg-Si合金由于具有中高強度、低質量等優點，在汽車等領域得到了廣泛的應用。在人工時效過程中，強度的提高與析出物的結構、形狀、取向、尺寸和數密度有很大關系。Al-Mg-Si合金的一般時效析出順序為：過飽和固溶體→原子團簇→GP區→β''→β'，U1，U2，B'→β，Si。而B'是發生在過時效階段的板條狀的亞穩型沉淀。自2000年B'被發現以來，其詳細的原子結構從未被實驗證實過。

在這項工作中，研究者系統的確定了B'的晶格結構、并進行了第一性原理計算，分析了B'沉淀物最可行的原子結構以及B'析出物與Al基體之間的界面關系，為完全理解Al-Mg-Si(-Cu)合金析出順序和合金設計提供了重要依據基礎。相關論文以題為“Atomic scaleinvestigation of the crystal structure and interfaces of the B' precipitate inAl-Mg-Si alloys”于2月15日發表在金屬材料頂級刊物 Acta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.059

在這項工作中，通過透射電子顯微鏡（TEM）在80 kV的低損傷電壓和200 kV的精心控制的低損傷條件下，利用HAADF-STEM和EDX元素圖譜確定了B'的晶體結構。研究者發現B'是時效過程Al-Mg-Si合金中常見的一種亞穩態析出物，由于其晶格參數的相似性，長期以來被認為是Al-Mg-Si-Cu合金中Q析出物的變體。然而，發現B'是一個六邊形晶胞，空間群為，晶格參數a=10.3(1)，c=4.05，Al3Mg9Si8模型。并且用50%的Si原子和50%的空位推測了B'中與Q結構中的Cu位相似的M位。另外還發現Al3Mg9Si8具有最低的形成焓和最小的晶格失配，且沿[0001]生長方向與Al基體的晶格失配最小。