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6xxx系Al-Mg-Si合金由于具有中高强度、低质量等优点,在汽车等领域得到了广泛的应用。在人工时效过程中,强度的提高与析出物的结构、形状、取向、尺寸和数密度有很大关系。Al-Mg-Si合金的一般时效析出顺序为:过饱和固溶体→原子团簇→GP区→β''→β',U1,U2,B'→β,Si。而B'是发生在过时效阶段的板条状的亚稳型沉淀。自2000年B'被发现以来,其详细的原子结构从未被实验证实过。 在这项工作中,研究者系统的确定了B'的晶格结构、并进行了第一性原理计算,分析了B'沉淀物最可行的原子结构以及B'析出物与Al基体之间的界面关系,为完全理解Al-Mg-Si(-Cu)合金析出顺序和合金设计提供了重要依据基础。相关论文以题为“Atomic scaleinvestigation of the crystal structure and interfaces of the B' precipitate inAl-Mg-Si alloys”于2月15日发表在金属材料顶级刊物 Acta Materialia。 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.059 在这项工作中,通过透射电子显微镜(TEM)在80 kV的低损伤电压和200 kV的精心控制的低损伤条件下,利用HAADF-STEM和EDX元素图谱确定了B'的晶体结构。研究者发现B'是时效过程Al-Mg-Si合金中常见的一种亚稳态析出物,由于其晶格参数的相似性,长期以来被认为是Al-Mg-Si-Cu合金中Q析出物的变体。然而,发现B'是一个六边形晶胞,空间群为,晶格参数a=10.3(1),c=4.05,Al3Mg9Si8模型。并且用50%的Si原子和50%的空位推测了B'中与Q结构中的Cu位相似的M位。另外还发现Al3Mg9Si8具有最低的形成焓和最小的晶格失配,且沿[0001]生长方向与Al基体的晶格失配最小。
图1. 时效250℃/3h的Al-Mg-Si合金中B',U1和U2析出相的透射电镜观察 图2. 时效250℃/3h的Al-Mg-Si合金中B'析出物的HAADF-STEM图像和EDX图(在80 kV时获得) 图3.200kV时获得的原子分辨率HAADF图像和EDX元素图 图4. B'相晶体结构模型(基于实验和第一性原理计算建立) 图5. B'/Q’析出物与Al基体之间的界面。 图6. B'和缺陷结构之间的结构差异。 图7. 不同B'沉淀的GPA结果 这项研究不仅确定了B'晶体结构,而且还通过密度泛函计算,发现M位由50%Si和50%空位占据的模型Al3Mg9Si8是最合理的,同时也很好地解释了HAADF-STEM和EDX的结果。并且发现它与Al基体在[0001]B'方向的生成焓最低,晶格失配最小。因此,Al3Mg9Si8模型被改进为一种新的化学计量基态,取代了以前的模型Al3Mg9Si7。发现Al和Mg位稍有混合,这改变了Mg/Si比。另外还确定了B'与Al的取向关系、B'析出物的缺陷结构以及首次为U1→U2→B'的转变提供了原子分辨证据等。 该项研究更正了传统人们对6xxx系Al-Mg-Si合金时效析出序列的认知,为更多研究者今后更精准的时效分析提供了指导,加快了该合金更广泛的在汽车等其它领域的应用。 6xxx系Al-Mg-Si合金由于具有中高强度、低质量等优点,在汽车等领域得到了广泛的应用。在人工时效过程中,强度的提高与析出物的结构、形状、取向、尺寸和数密度有很大关系。Al-Mg-Si合金的一般时效析出顺序为:过饱和固溶体→原子团簇→GP区→β''→β',U1,U2,B'→β,Si。而B'是发生在过时效阶段的板条状的亚稳型沉淀。自2000年B'被发现以来,其详细的原子结构从未被实验证实过。 在这项工作中,研究者系统的确定了B'的晶格结构、并进行了第一性原理计算,分析了B'沉淀物最可行的原子结构以及B'析出物与Al基体之间的界面关系,为完全理解Al-Mg-Si(-Cu)合金析出顺序和合金设计提供了重要依据基础。相关论文以题为“Atomic scaleinvestigation of the crystal structure and interfaces of the B' precipitate inAl-Mg-Si alloys”于2月15日发表在金属材料顶级刊物 Acta Materialia。 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.059 在这项工作中,通过透射电子显微镜(TEM)在80 kV的低损伤电压和200 kV的精心控制的低损伤条件下,利用HAADF-STEM和EDX元素图谱确定了B'的晶体结构。研究者发现B'是时效过程Al-Mg-Si合金中常见的一种亚稳态析出物,由于其晶格参数的相似性,长期以来被认为是Al-Mg-Si-Cu合金中Q析出物的变体。然而,发现B'是一个六边形晶胞,空间群为,晶格参数a=10.3(1),c=4.05,Al3Mg9Si8模型。并且用50%的Si原子和50%的空位推测了B'中与Q结构中的Cu位相似的M位。另外还发现Al3Mg9Si8具有最低的形成焓和最小的晶格失配,且沿[0001]生长方向与Al基体的晶格失配最小。
图1. 时效250℃/3h的Al-Mg-Si合金中B',U1和U2析出相的透射电镜观察 图2. 时效250℃/3h的Al-Mg-Si合金中B'析出物的HAADF-STEM图像和EDX图(在80 kV时获得) 图3.200kV时获得的原子分辨率HAADF图像和EDX元素图 图4. B'相晶体结构模型(基于实验和第一性原理计算建立) 图5. B'/Q’析出物与Al基体之间的界面。 图6. B'和缺陷结构之间的结构差异。 图7. 不同B'沉淀的GPA结果 这项研究不仅确定了B'晶体结构,而且还通过密度泛函计算,发现M位由50%Si和50%空位占据的模型Al3Mg9Si8是最合理的,同时也很好地解释了HAADF-STEM和EDX的结果。并且发现它与Al基体在[0001]B'方向的生成焓最低,晶格失配最小。因此,Al3Mg9Si8模型被改进为一种新的化学计量基态,取代了以前的模型Al3Mg9Si7。发现Al和Mg位稍有混合,这改变了Mg/Si比。另外还确定了B'与Al的取向关系、B'析出物的缺陷结构以及首次为U1→U2→B'的转变提供了原子分辨证据等。 该项研究更正了传统人们对6xxx系Al-Mg-Si合金时效析出序列的认知,为更多研究者今后更精准的时效分析提供了指导,加快了该合金更广泛的在汽车等其它领域的应用。