近日，中南大學(xué)粉末冶金研究院杜勇教授團隊在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》發(fā)表題為“Atomic scale investigation of the crystal structure and interfaces of the B′ precipitate in Al-Mg-Si alloys”的原創(chuàng)性論文。中南大學(xué)粉末冶金研究院李凱副教授、杜勇教授為該文共同通訊作者，中南大學(xué)2019屆碩士畢業(yè)生陳皓楠、陜西師范大學(xué)盧江波副教授為該文章的并列第一作者，中南大學(xué)粉末冶金研究院為第一作者單位。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.059

鋁合金由于質(zhì)量輕、比強度高、耐腐蝕、易于回收利用等特性，成為汽車等行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的重要輕量化材料。研究鋁合金在時效熱處理過程中析出的強化相的結(jié)構(gòu)，是設(shè)計合金成分、調(diào)控析出相類型從而提升鋁合金力學(xué)性能的基礎(chǔ)。由于鋁合金中的亞穩(wěn)納米析出相在透射電鏡的高能電子束下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低，制約了對其結(jié)構(gòu)的原子尺度表征。

陳皓楠、李凱等在前期研究中發(fā)現(xiàn)在200-300 keV的常規(guī)高能電子束下，Al-Mg-Si合金的主要強化析出相β“容易被電子束損傷的主因是電子束轟出原子創(chuàng)造空位，大大促進了擴散。因此，通過降低物鏡球差矯正透射電鏡的電子束能量至80 keV來降低擊出原子的概率，實現(xiàn)了β”的穩(wěn)定的長時間高分辨透射電子顯微觀察（Micron116 （2019） 116–123）。基于此，在80 keV低能電子束及200 keV低劑量電子束等低輻照損傷條件下，進行球差矯正高分辨掃描透射電子顯微觀察（HRSTEM）及原子尺度能譜（EDX）面掃，結(jié)合第一性原理計算得到的形成焓-錯配度雙重判據(jù)，鑒定了Al-Mg-Si合金中被發(fā)現(xiàn)20年以來一直未明確的析出相B′的原子尺度結(jié)構(gòu)模型。

本研究還獲得了B′與基體鋁之間的界面結(jié)構(gòu)模型，并發(fā)現(xiàn)在析出相內(nèi)部能自協(xié)調(diào)出層狀缺陷結(jié)構(gòu)來降低析出相-基體間的整體錯配度從而降低生長阻力。“有意思的是”（審稿人評語），該工作中，在共格界面附近發(fā)現(xiàn)了符合形成焓最低判據(jù)的U1 → U2 → B′過時效階段析出相轉(zhuǎn)變路徑，而在非共格界面附近發(fā)現(xiàn)了B′ → U2轉(zhuǎn)變路徑（見下圖），揭示了多重能量判據(jù)對相轉(zhuǎn)變路徑的交錯影響，也說明了傳統(tǒng)的離位觀察的局限性及透射電鏡原位表征的廣闊前景。

（圖為B'析出相的HRSTEM圖、晶體結(jié)構(gòu)模型及其與基體的界面結(jié)構(gòu)模型）

同期，以李凱、杜勇為共同通訊作者的另外兩篇論文（及）分別發(fā)表在國際期刊《Materials Science and Engineering: A》和《Journal of Materials Science & Technology》。前者首次證明Al-Mg-Si合金主要強化相β″與次要強化相β′在強化效果上的差別取決于錯配度；后者采用杜勇課題組開發(fā)的多元多相鋁合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，通過相圖計算調(diào)控合金成分，得到了一種綜合強韌性（屈服強度277MPa，延伸率20.0%）明顯優(yōu)于現(xiàn)有文獻數(shù)據(jù)的Al-Mg-Si汽車車身板合金。