Al-Mg-Si合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)用越來越廣泛，但該合金中溶質(zhì)團簇現(xiàn)象仍起著負面影響。有研究者已經(jīng)開發(fā)出一些有效的措施來抑制自然時效期間有害溶質(zhì)團簇的形成，但沒有確切地知道這種團簇是如何形成的。因為實驗上很難在原子尺度完成相關(guān)過程。

　　目前，作者早期利用正電子湮滅光譜學(xué)研究了純Al，二元Al-Mg和Al-Si合金中的自然時效動力學(xué)，并對更復(fù)雜的三元Al-Mg-Si合金系統(tǒng)進行了研究。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)微觀結(jié)構(gòu)的變化與Al，Al-Mg和Al-Si中團簇的形成有關(guān)，團簇主要受Al-Mg-Si合金中的溶質(zhì)原子支配。針對這些發(fā)現(xiàn)引出了另一個重要的問題：當添加第三種合金元素（即使量很小）時，為什么在自然時效期間空位的聚集被溶質(zhì)原子團簇所替代。

　　針對該問題，作者繼續(xù)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(xiàn)象的更好理解，有助于為近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(guān)論文以題為“Clustering phenomena in quenched Al,Al–Mg,Al–Si and Al–Mg–Si alloys”于3月1日發(fā)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(xué)（PALS）對原子缺陷的獨特敏感性進行研究。在塊狀A(yù)l中，正電子壽命（PLT）等于?0.160 ns，但是存在足夠數(shù)量缺陷的情況下，由于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(zhì)團簇和某些尺寸以上的沉淀物，團簇/沉淀物的性質(zhì)決定了相應(yīng)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合金的團簇特征。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。這些空位在隨后的自然時效中有助于形成溶質(zhì)團簇。

　　在富硅合金中形成的溶質(zhì)團簇尺寸更小或數(shù)量密度低于在Al–0.4Mg–0.4Si合金中形成的合金。

　　在鎂含量（≥0.1 at%）的合金中，淬火后存在空位，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(zhì)團簇有序（即GP區(qū)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(yīng)強度

　　在固溶和淬火后的自然時效期間，鋁合金中會形成各種尺寸和數(shù)量密度的空位和溶質(zhì)團簇。本文分析了時效機理與溶質(zhì)含量的關(guān)系，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(fā)現(xiàn)能夠為后續(xù)研究其它微量合金元素對自然時效的影響提供理論參考，同時也為后續(xù)研究鋁合金時效強化機制提供強有力的技術(shù)支撐。