铝合金中溶质原子团簇强韧化及其应用的研究进展

溶质原子团簇是指合金中几个到几十个溶质原子的无序聚集。作为时效析出序列的重要一环,溶质原子团簇不仅可以通过调控铝合金时效析出行为而改善显微组织,而且可以有效地改善合金的力学性能。对铝合金中溶质原子团簇的表征方法、强韧化调控机制及其在铝合金中的典型应用等几个方面进行了综述,对溶质原子团簇未来的研究方向进行了展望。

铝合金中的溶质原子团簇及其强韧化

得益于先进表征技术的快速发展,已经可以初步实现在时间和空间上高精度、大范围地定量表征金属材料中的溶质原子团簇,这极大地促进了溶质原子团簇的深入研究。对于广泛应用的铝合金而言,溶质原子团簇不仅是作为时效析出的前驱体而得到重视,更成为了一种新型的强韧化手段,在强塑性匹配上显示出了一定的调控潜力和自由度。本文针对铝合金近年来的相关研究进展,从溶质原子团簇精确表征、形成热/动力学、影响因素、强韧化机理以及应用举例等多个方面进行了简要总结,并对未来可能的重点研究内容进行了展望。

自然时效Al-Zn-Mg合金团簇长大动力学及其变形断裂特性

利用电导率、显微硬度和宏观拉伸测试,结合SEM、TEM、APT和XRD等表征手段对Al-Zn-Mg合金中的团簇长大动力学以及团簇对合金变形断裂的影响进行了研究。结果表明:Al-Zn-Mg合金经过约1000 h自然时效进入稳定状态,基体中形成了超高密度的Mg-Zn团簇,材料得到有效强化;人工时效态Al-Zn-Mg合金中析出相随高温时效时间的延长发生长大,类型以亚稳η′与稳定η相为主,部分析出相逐渐不可被位错切过。T6/T7态合金小应变下可迅速形成大量位错引起材料强化,但在大应变时会发生剧烈的动态回复,造成其较弱的加工硬化能力与较低的均匀伸长率(约13%);而在T4态Al-Zn-Mg合金中,团簇和溶质原子的存在能有效抑制动态回复,并可在变形时伴生动态应变时效效应,造成材料较强的加工硬化和更优的均匀延伸性能(约25%)。

Al-Mg-Si合金时效早期显微组织演变及其对强化的影响

采用显微硬度测试、HRTEM和原子探针层析技术（APT）等测试手段分析了核元件燃料包壳备选材料LT24铝合金在180℃人工时效早期显微硬度、组织变化及析出序列中析出物的Mg与Si原子比（r）.结果表明,在180℃时效初期,合金的硬度显著增加,析出高数量密度的溶质原子团簇和球状Guinier-Preston（GP）区;时效4 h后达到硬度峰值,析出物以高数量密度的针状β″相为主;进一步时效,合金处于一硬度平台,析出物仍以β″相为主.随时效时间的延长,析出相逐渐长大,r逐渐增加,β″相中r在1.23-1.35之间,β″相对合金的强化起最重要作用.在早期时效过程中合金析出物的析出序列为过饱和固溶体→溶质原子团簇→溶质原子团簇＋GP区→溶质原子团簇＋GP区＋β″相.