《Scripta Mater》鋁合金自然時效的團簇現象獲進展

目前，作者早期利用正電子湮滅光譜學研究了純Al，二元Al-Mg和Al-Si合金中的自然時效動力學，並對更復雜的三元Al-Mg-Si合金系統進行了研究。已經發現，大多數微觀結構的變化與Al，Al-Mg和Al-Si中團簇的形成有關，團簇主要受Al-Mg-Si合金中的溶質原子支配。針對這些發現引出了另一個重要的問題

針對該問題，作者繼續研究各種“二元/三元合金”中的空位，Si和Mg原子之間的基本相互作用。對團簇現象的更好理解，有助於為近80年的Al-Mg-Si合金自然時效問題提供可行的解決方案。相關論文以題為“Clustering phenomena in quenched Al, Al–Mg, Al–Si and Al–Mg–Si alloys ”於3月1日發表在Scripta Materialia。

論文鏈接：

https://sciencedirect.com/science/article/pii/S135964621930627X

在這項研究中合金的熱處理工藝為：在540℃下固溶處理1h，水冷。自然時效溫度為室溫（RT，20±2℃）。本研究利用正電子湮滅光譜學（PALS）對原子缺陷的獨特敏感性進行研究。在塊狀Al中，正電子壽命（PLT）等於〜0.160 ns，但是存在足夠數量缺陷的情況下，由於局部電子密度的降低，其壽命會增加至〜0.245 ns。正電子還可以消除溶質團簇和某些尺寸以上的沉澱物，團簇/沉澱物的性質決定了相應的PLT。

總而言之，正電子角度研究了自然時效期間各種Al-Mg-Si合金的團簇特徵。通過改變硅含量，加速或減緩了時效過程，通過改變鎂含量，得出如下機理：

• 在鎂含量低（<0.1 at%）的合金中，空位在淬火期間聚集為二維空位/三維空位。這些空位在隨後的自然時效中有助於形成溶質團簇。
• 在富硅合金中形成的溶質團簇尺寸更小或數量密度低於在Al–0.4Mg–0.4Si合金中形成的合金。
• 在鎂含量（≥0.1 at%）的合金中，淬火後存在空位，Si含量主要促進空位的形成，Mg含量主要控制空位的生長和粗化，最終使溶質團簇有序（即GP區形成）。

圖1 (a)各種Al-Mg-Si合金在自然時效期間的τ1C；(b)Al-0.05Mg-0.5Si合金不同自然時效期間τ1C與溫度表示為τ1C=τ1C（-180℃）-τ1C（-60℃）

圖2 (a)純Al，二元Al-0.05Mg，Al-0.5Si和三元Al-0.4Mg-0.4Si合金中的PLT成分分解；(b)在自然時效期間分解的Al-0.05Mg-0.5Si合金的相應強度

在固溶和淬火後的自然時效期間，鋁合金中會形成各種尺寸和數量密度的空位和溶質團簇。本文分析了時效機理與溶質含量的關係，量化了Mg、Si合金元素對三元鋁合金自然時效的影響，本研究的新發現能夠為後續研究其它微量合金元素對自然時效的影響提供理論參考，同時也為後續研究鋁合金

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