Acta Mater.：镁锡合金中亚稳态沉淀相的研究

【引言】

沉淀硬化镁合金在过去的17年中逐渐受到越来越多的关注，因为其在150-250℃等温时效过程中形成细小的沉淀物而获得高强度的能力。近几年来，镁锡合金无疑是其中最耀眼的一颗星，广泛用于开发不含昂贵稀土元素的锻造镁合金。亚稳态沉淀相是合金中的关键强化相，它不仅可以直接起到强化效果，还可以通过作为异质成核的位点，促进更稳定的强化相形成。近日，有学者研究了在100-250℃下时效镁锡合金中的GP区和亚稳态析出相的形成过程，并通过像差校正扫描透射电子显微镜对其结构进行表征，讨论了亚稳沉淀相的形成机理。

【成果简介】

近日，重庆大学聂建峰教授、HW Chen（共同通讯作者）团队在Acta Mater.上发布了一篇关于镁锡合金的文章，题为“Metastable precipitate phases in Mg–9.8wt.%Sn alloy”。
作者通过像差校正扫描透射电子显微镜，研究了在100-250℃温度下经时效后镁锡合金中亚稳沉淀相的形成过程，并讨论其形成机理。
研究结果表明，镁锡合金中的沉淀涉及到平衡相β的单独形成，而GP区和被称作β′的亚稳相优先于平衡相β形成。

[致歉：很抱歉，未能找到通讯作者HW Chen的确切中文名字，小编表示诚挚的歉意！]

【图片导读】

图1 样品低倍HAADF-STEM图

(a) 200℃下时效处理88小时后的样品；

(b) 100℃下时效处理2056小时后的样品。

图2 能量色散X射线谱

(a) 平衡相β；                   (b) 亚稳相β′；                               (c) GP区。

图3 样品原子分辨率HAADF-STEM图

(a) 100℃时效处理2056小时后样品的GP区；

(b) Sn的EDS图；

(c,d) 晶体学取向不同的GP区。

图4 亚稳相β'与镁基体之间的取向关系

亚稳相β'的惯习面与（0001）平行，β'沉淀物与该习惯平面中的α-Mg基质完全共格。

图5 160℃下时效90小时后样品的HAADF-STEM图

(a) 伯氏回路在每个肖克莱不全位错平面上的起始与终止；

(b) 伯氏回路没有在肖克莱不全位错平面上起始与终止。

图6 样品经冷轧和时效处理后的β'沉淀相

(a) β'沉淀相部分转化为β相；

(b) β和α-Mg的FFT(快速傅立叶变换)图；

(c) (a)图中虚线框扩大后的图像。

图7 GP区和β'相的温度时间关系图

样品在100℃下时效处理192小时后检测到GP区，而在100℃下时效720小时后检测到β'相。当时效温度升高至160℃以上时，形成的大部分沉淀物为平衡相β。

图8 冷加工后β'相的位错和孪晶界

(a) 样品经冷加工，然后在160℃下时效90小时，所得β'相的位错;

(b) 样品经冷加工，然后在160℃下时效90小时，所得β'相的孪晶界。

图9 α-Mg中β'相的形成和增厚机制

(a) 伯氏回路在密排六方结构中没有显示闭合失效；

(b) 密排面的顺序由ABABAB ...改变为... ABCACA；

(c,d) β'相逐渐增厚。

图10 β'相中孪晶的形成示意图

(a) 两个变体沿各自方向生长并有共同的平面A；

(b) 两个变体有共同的平面B朝着基体的方向生长。

【小结】

这篇文章通过高角度环境暗视场扫描透射电子显微镜系统，研究了镁锡合金在时效处理后的形成的沉淀相。研究结果总结如下：

(1) GP区和沉淀相β'主要出现在100℃下的时效样品中，当时效温度升至160℃以上时，它们主要被析出物β所取代。沉淀相的变化顺序为：过饱和固溶→GP区→β'→β。

(2) β'相为L12结构，惯习面上与基体镁完全一致。

(3) β'相的生长涉及到在两个(0002)面上的连续形核与肖克莱不全位错的滑移，从而减少结构变化时产生的剪切应力。

文献链接：Metastable precipitate phases in Mg–9.8wt.%Sn alloy    (Acta Mater., 2017 , DOI: 10.1016/j.actamat.2017.10.023）

本文由材料人编辑部金属学术组金晨供稿，材料牛编辑整理。

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