6系铝合金析出相研究获重要进展

　　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。