低温下正电子微探针检测铝合金中溶质原子团簇及位错缺陷的灵敏度增强效应研究

The mechanism property of aluminium alloy is affected by solute precipitations as well as dislocations which are contained in them. Positron annihilation spectroscopy is a powerful method which can be used to study precipitations and dislocations in aluminium alloy due to its high sensitivity as well as nondestructive. However, most of the studies are focused on the advanced stage of precipitations and/or dislocations’ formation, the sduty of shallow trap properties of precipitations and dislocations is being paid little attention. In this project, we will use positron annihilation spectroscopy primarily, connect with X-ray diffraction, TEM as well as Vickers microhardness to study: (1) In situ.evolution of solute atoms during natural aging process of aluminium alloy after quenching; (2) Evolution of microstructure of dislocations during isochronal as well as isothermal annealing; (3) The shallow trap property of solute clusters at low temperature; (4) The shallow trap property of dislocations at low temperature; (5) The interaction of solute clusters and dislocations at low temperature. The results of this project will provides precursory information to the research of shallow trap in alloy.

铝合金中溶质原子析出物和形变位错都会对合金的机械性能产生影响。正电子湮没谱学作为一种高灵敏度的无损探测技术，是研究铝合金中溶质原子析出物和形变位错的有力手段。然而，在溶质原子团簇形成的初期，由于其尺寸很小，对正电子的捕获能力较弱。另外，形变位错也可能是一种正电子浅捕获态。因此，原子团簇和位错只有在低温下才能更有效的捕获正电子，使得探测灵敏度得到增强。本项目主要利用正电子湮没谱学技术，结合X射线衍射、透射电镜显微成像和维氏硬度等手段，研究：（1）铝合金固溶淬火后自然时效过程中溶质原子的实时演化；（2）形变位错随等时退火和等温退火的结构演化；（3）低温下溶质原子团簇的浅捕获态缺陷特性；（4）低温下位错线的浅捕获态缺陷特性；（5）低温下溶质原子团簇和位错线的相互作用。项目的研究结果将提供一种有效提高正电子探测原子团簇灵敏度的新思路。

项目背景：合金中的溶质原子析出和形变位错等对合金性能有着重要的影响，正电子湮没谱学是研究溶质原子团和位错缺陷的有力手段。但是析出初期纳米级别大小的溶质原子团和形变位错可能是正电子浅捕获态缺陷，只有在低温下才能更有效的捕获正电子，使得探测灵敏度得到增强。.主要研究内容：本项目利用正电子湮没谱学研究了铝基合金固溶淬火及形变处理后自然时效、等时退火、等温退火过程中的微结构演化，以及低温下溶质原子团及形变位错的浅捕获态缺陷特征。.研究成果：发表论文1篇.关键数据：铝银二元合金淬火后自然时效初期快速形成溶质原子团捕获正电子，在140℃人工时效时溶质原子团继续长大。在10-290K温度范围实验结果显示溶质原子团为浅捕获态缺陷，溶质质量分数1%的铝银合金自然时效和人工时效后浅捕获态缺陷的正电子结合能分别约为18.8meV和50meV。.科学意义：本研究利用正电子湮没谱学的灵敏性能揭示了合金自然时效初期快速的微结构变化过程，创新性地在低温范围研究了浅捕获态缺陷对正电子的捕获特性，显示了正电子湮没谱学在合金内纳米级别的溶质原子团簇的独特探测能力，为进一步研究多元合金及其它体系合金内的浅捕获态缺陷提供参考，具有现实的研究意义。