用正电子湮没二维多普勒展宽谱研究铝合金时效过程中纳米析出物的微结构

铝合金强度的提高依赖于其固溶后在时效过程中产生析出物的形状、大小以及空间分布等因素。研究铝合金时效析出物的微结构及其形成机制对于优化时效工艺、获得最佳硬化效果具有重要指导意义。本项目将利用新发展的正电子湮没二维多普勒展宽谱仪，结合正电子寿命实验方法，以及常规研究手段如X-射线衍射、透射电镜等研究铝合金时效初期的析出物，内容包括：1）测量合金淬火后过饱和固溶体中的空位型缺陷，以及空位与溶质原子形成的复合物；2）研究时效过程中空位浓度的变化，空位周围溶质原子的聚集；3）探测时效初期析出的小尺寸原子团簇及生长过程；4）鉴别时效析出物的化学成分；5）通过改变固溶温度、利用辐照引入缺陷等手段，研究空位型缺陷对溶质偏聚的影响，探索溶质原子偏聚的动力学机制；6）探索最佳的时效工艺，如淬火及时效温度、时效时间等。项目所得结果将对设计铝合金最佳时效工艺提供重要指导，并对其他合金具有一定的参考价值。

铝合金在时效过程中溶质原子的析出和偏聚是导致其时效硬化的原因。在时效硬化初期，溶质原子与缺陷的相互作用以及对其析出影响，是一项值得研究的重要课题。本项目利用新发展的符合多普勒展宽技术，重点研究铝合金时效初期的析出物形成，以及溶质原子与缺陷的相互作用，对于了解合金时效硬化的机制有重要意义。本项目取得的主要成果如下：1）研究了Al-Mg合金时效过程中缺陷的演变，发现Mg与淬火空位相互结合形成稳定的复合体，进一步人工时效后，这些缺陷复合体演变成为Mg团簇；2）研究了Al-Mg合金经过严重形变产生的缺陷及其对合金力学性能的影响。结果发现形变产生的缺陷主要为位错。合金经过形变后其硬度也得到大幅度提高。在随后的退火过程中，合金的硬度与位错的恢复过程表现出完全一致的趋势，表明形变导致的硬度提高与位错相关；3）研究了Al-Ag合金自然时效和人工时效过程中缺陷的变化和Ag析出过程。研究表明，固溶的Al-Ag合金在随后的自然时效过程中，一方面淬火缺陷迅速恢复，另一方面，Ag原子也快速析出形成团簇。进一步经过140oC人工时效后，Ag团簇尺寸增大。这些Ag团簇对正电子有较强的亲和力，因此能捕获正电子。变温测量表明，这些Ag团簇对正电子的捕获有明显的温度依赖性，在低温下有较强的捕获，而在较高温度下开始有去捕获现象，表明Ag团簇为正电子浅捕获态。4）另外我们还研究了Cu合金的形变缺陷以及退火过程中的微结构变化，对目前较为热门的纳米金属多层膜也进行了试探性研究。