铝合金自然时效的团簇现象获进展

　　Al-Mg-Si合金在汽车工业中的应用应用越来越广泛，但该合金中溶质团簇现象仍起着负面影响。有研究者已经开发出一些有效的措施来抑制自然时效期间有害溶质团簇的形成，但没有确切地知道这种团簇是如何形成的。因为实验上很难在原子尺度完成相关过程。

　　目前，作者早期利用正电子湮灭光谱学研究了纯Al，二元Al-Mg和Al-Si合金中的自然时效动力学，并对更复杂的三元Al-Mg-Si合金系统进行了研究。已经发现，大多数微观结构的变化与Al，Al-Mg和Al-Si中团簇的形成有关，团簇主要受Al-Mg-Si合金中的溶质原子支配。针对这些发现引出了另一个重要的问题：当添加第三种合金元素（即使量很小）时，为什么在自然时效期间空位的聚集被溶质原子团簇所替代。

　　针对该问题，作者继续研究各种“二元/三元合金”中的空位，Si和Mg原子之间的基本相互作用。对团簇现象的更好理解，有助于为近80年的Al-Mg-Si合金自然时效问题提供可行的解决方案。相关论文以题为“Clustering phenomena in quenched Al,Al–Mg,Al–Si and Al–Mg–Si alloys”于3月1日发表在Scripta Materialia。

论文链接：

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

　　在这项研究中合金的热处理工艺为：在540℃下固溶处理1h，水冷。自然时效温度为室温（RT，20±2℃）。本研究利用正电子湮灭光谱学（PALS）对原子缺陷的独特敏感性进行研究。在块状Al中，正电子寿命（PLT）等于〜0.160 ns，但是存在足够数量缺陷的情况下，由于局部电子密度的降低，其寿命会增加至〜0.245 ns。正电子还可以消除溶质团簇和某些尺寸以上的沉淀物，团簇/沉淀物的性质决定了相应的PLT。

　　总而言之，正电子角度研究了自然时效期间各种Al-Mg-Si合金的团簇特征。通过改变硅含量，加速或减缓了时效过程，通过改变镁含量，得出如下机理：

　　在镁含量低（<0.1 at%）的合金中，空位在淬火期间聚集为二维空位/三维空位。这些空位在随后的自然时效中有助于形成溶质团簇。

　　在富硅合金中形成的溶质团簇尺寸更小或数量密度低于在Al–0.4Mg–0.4Si合金中形成的合金。

　　在镁含量（≥0.1 at%）的合金中，淬火后存在空位，Si含量主要促进空位的形成，Mg含量主要控制空位的生长和粗化，最终使溶质团簇有序（即GP区形成）。

　　图1(a)各种Al-Mg-Si合金在自然时效期间的τ1C；(b)Al-0.05Mg-0.5Si合金不同自然时效期间τ1C与温度表示为τ1C=τ1C（-180℃）-τ1C（-60℃）

　　图2(a)纯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)在自然时效期间分解的Al-0.05Mg-0.5Si合金的相应强度

　　在固溶和淬火后的自然时效期间，铝合金中会形成各种尺寸和数量密度的空位和溶质团簇。本文分析了时效机理与溶质含量的关系，量化了Mg、Si合金元素对三元铝合金自然时效的影响，本研究的新发现能够为后续研究其它微量合金元素对自然时效的影响提供理论参考，同时也为后续研究铝合金时效强化机制提供强有力的技术支撑。