Acta Mater.：鎂錫合金中亞穩態沉淀相的研究

【引言】

沉淀硬化鎂合金在過去的17年中逐漸受到越來越多的關注，因為其在150-250℃等溫時效過程中形成細小的沉淀物而獲得高強度的能力。近幾年來，鎂錫合金無疑是其中最耀眼的一顆星，廣泛用于開發不含昂貴稀土元素的鍛造鎂合金。亞穩態沉淀相是合金中的關鍵強化相，它不僅可以直接起到強化效果，還可以通過作為異質成核的位點，促進更穩定的強化相形成。近日，有學者研究了在100-250℃下時效鎂錫合金中的GP區和亞穩態析出相的形成過程，并通過像差校正掃描透射電子顯微鏡對其結構進行表征，討論了亞穩沉淀相的形成機理。

【成果簡介】

近日，重慶大學聶建峰教授、HW Chen（共同通訊作者）團隊在Acta Mater.上發布了一篇關于鎂錫合金的文章，題為“Metastable precipitate phases in Mg–9.8wt.%Sn alloy”。
作者通過像差校正掃描透射電子顯微鏡，研究了在100-250℃溫度下經時效后鎂錫合金中亞穩沉淀相的形成過程，并討論其形成機理。
研究結果表明，鎂錫合金中的沉淀涉及到平衡相β的單獨形成，而GP區和被稱作β′的亞穩相優先于平衡相β形成。

[致歉：很抱歉，未能找到通訊作者HW Chen的確切中文名字，小編表示誠摯的歉意！]

【圖片導讀】

圖1 樣品低倍HAADF-STEM圖

(a) 200℃下時效處理88小時后的樣品；

(b) 100℃下時效處理2056小時后的樣品。

圖2 能量色散X射線譜

(a) 平衡相β； ? ? ? ? ? ? ? ? ? (b) 亞穩相β′； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (c) GP區。

圖3 樣品原子分辨率HAADF-STEM圖

(a) 100℃時效處理2056小時后樣品的GP區；

(b) Sn的EDS圖；

(c,d) 晶體學取向不同的GP區。

圖4 亞穩相β'與鎂基體之間的取向關系

亞穩相β'的慣習面與（0001）平行，β'沉淀物與該習慣平面中的α-Mg基質完全共格。

圖5 160℃下時效90小時后樣品的HAADF-STEM圖

(a) 伯氏回路在每個肖克萊不全位錯平面上的起始與終止；

(b) 伯氏回路沒有在肖克萊不全位錯平面上起始與終止。

圖6 樣品經冷軋和時效處理后的β'沉淀相

(a) β'沉淀相部分轉化為β相；

(b) β和α-Mg的FFT(快速傅立葉變換)圖；

(c) (a)圖中虛線框擴大后的圖像。

圖7 GP區和β'相的溫度時間關系圖

樣品在100℃下時效處理192小時后檢測到GP區，而在100℃下時效720小時后檢測到β'相。當時效溫度升高至160℃以上時，形成的大部分沉淀物為平衡相β。

圖8 冷加工后β'相的位錯和孿晶界

(a) 樣品經冷加工，然后在160℃下時效90小時，所得β'相的位錯;

(b) 樣品經冷加工，然后在160℃下時效90小時，所得β'相的孿晶界。

圖9 α-Mg中β'相的形成和增厚機制

(a) 伯氏回路在密排六方結構中沒有顯示閉合失效；

(b) 密排面的順序由ABABAB ...改變為... ABCACA；

(c,d) β'相逐漸增厚。

圖10 β'相中孿晶的形成示意圖

(a) 兩個變體沿各自方向生長并有共同的平面A；

(b) 兩個變體有共同的平面B朝著基體的方向生長。

【小結】

這篇文章通過高角度環境暗視場掃描透射電子顯微鏡系統，研究了鎂錫合金在時效處理后的形成的沉淀相。研究結果總結如下：

(1) GP區和沉淀相β'主要出現在100℃下的時效樣品中，當時效溫度升至160℃以上時，它們主要被析出物β所取代。沉淀相的變化順序為：過飽和固溶→GP區→β'→β。

(2) β'相為L12結構，慣習面上與基體鎂完全一致。

(3) β'相的生長涉及到在兩個(0002)面上的連續形核與肖克萊不全位錯的滑移，從而減少結構變化時產生的剪切應力。

文獻鏈接：Metastable precipitate phases in Mg–9.8wt.%Sn alloy ?? (Acta Mater., 2017 , DOI: 10.1016/j.actamat.2017.10.023）

本文由材料人編輯部金屬學術組金晨供稿，材料牛編輯整理。

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