铝基合金时效过程中微结构的演化研究

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A1作为仅次于钢铁的第二大金属,由于具有良好的导电导热性能,机械成型性能等,其合金制品在现实生活中有着极其广泛的应用。其中AlMg系合金具有良好的抗腐蚀性能,尤其是良好的抗电化学腐蚀的性能,而AlAg合金由于A1原子和Ag原子具有极其相似的原子半径,但是两者的相对原子量的大小相差很大,常被用于基于透射电子显微成像技术的合金相变的研究。这两种合金中的溶质原子Mg和Ag相对于A1基体而言均具有更高的正电子亲和能,特别适合利用正电子湮没谱学研究热处理及时效中缺陷的演变和溶质原子析出的过程。本文以正电子湮没谱学作为主要研究手段,研究了AlMg合金系在淬火处理和严重形变处理后人工时效过程中合金内溶质Mg原子的形态演化过程和AlAg合金淬火处理后人工时效过程中合金内溶质Ag原子的形态演化过程以及低温下溶质原子团对正电子捕获的温度关系,主要研究结果如下:1. AlMg合金AA5052、AA5754和AA5083经过500℃淬火处理后,在自然时效过程中合金样品内的正电子湮没寿命均保持不变,即不存在自然时效效果。AA5083合金在淬火处理后180。C人工时效过程中,合金内的正电子湮没平均寿命在很短的时间内从淬火态的值(193ps)下降到接近退火态的值(170ps),并且在随后的时效处理过程中不断增大,当人工时效600分钟后,合金内的正电子湮没寿命到达208ps并在之后的时效过程中保持不变。人工时效过程中合金内正电子湮没符合多普勒展宽S参数的变化和寿命的变化是一致的。商谱结果显示当正电子寿命值降到最小值时,合金内Ag信号强度达到最小值,随后Ag信号强度随着寿命值的增加而增大。维氏硬度测量结果表明,人工时效过程中合金的硬度变化很小,初始值为71Hv并且在时效120分钟内保持不变;时效400分钟后达到最大值77Hv,随后下降到74Hv并保持不变。透射电镜结果显示淬火态合金内只有富Mn的粒子析出;在时效400分钟后合金内开始出现溶质原子团簇析出,对应维氏硬度测量的最大值;时效达到50小时后溶质原子团析出物长大。结果表明人工时效过程中,淬火态形成的空位-Mg复合体在时效初期发生分解,Mg原子在时效过程中形成原子团簇并捕获正电子。2.AA5083合金严重形变处理后,合金内形成大量的位错结构,正电子几乎全部在位错中湮没,形成单一的正电子湮没寿命值(222ps)。经过100℃、150℃和200℃等时退火2小时处理后,合金内的X射线衍射峰展宽、正电子湮没寿命和维氏硬度值相比形变态的值均出现减小。经过250。C等时退火2小时处理后,合金内的X射线衍射峰展宽、正电子湮没寿命和维氏硬度值均出现跳跃性的变化,并且这些值都接近于退火处理后合金内的值。根据测得的正电子湮没S参数计算得到的合金内缺陷的有效正电子捕获率随等时退火温度的变化结果和维氏硬度随等时退火温度的变化结果符合得很好。结果表明经过100-200℃等时退火处理后,合金内的位错缺陷结构形态发生变化,正电子主要在位错缺陷内发生湮没;而经过250℃及以上温度等时退火处理后,合金内的亚晶粒发生长大并且晶粒内的位错缺陷消失,正电子几乎全部在晶粒内发生湮没。180℃等温退火处理实验结果显示,经过50小时退火处理后合金内的正电子湮没寿命值和经过5分钟退火处理后合金内的正电子湮没寿命值是相同的。而在250℃等温退火处理过程中,经过30分钟处理后合金内正电子湮没寿命开始出现大幅下降;经过约2小时后合金内正电子湮没寿命值下降到接近退火态合金内的值。结果表明在给位错缺陷提供能量使其客服障碍继续运动的选择上,提高退火温度比延长退火时间更有效。3.三种溶质含量(1wt%、5wt%和15wt%)AlAg二元合金550℃淬火处理后,在自然时效过程中合金内正电子湮没寿命和S参数值均出现快速下降过程并最后达到稳定。符合多普勒展宽商谱结果显示经过自然时效24小时处理后,正电子与溶质Ag原子电子发生湮没,并且合金溶质含量越大,Ag信号强度越强。自然时效过程中合金内的正电子湮没原位S-W参数结果显示,随着合金溶质含量的增大和自然时效时间的延长,S-W参数值从靠近纯A1的位置向靠近纯Ag的位置移动。结果显示自然时效处理过程中,溶质原子发生快速的团聚行为。三种溶质含量合金在550℃淬火后自然时效24小时后再在140℃人工时效处理过程中,溶质原子团簇长大并越来越多地捕获正电子造成其湮没寿命和S参数值不断减小,同时商谱Ag信号强度不断增强。1wt%溶质含量合金在自然时效处理后再在200℃和250℃人工时效24小时后,合金内正电子湮没寿命和S参数值均接近退火态合金内的值,同时商谱中自然时效后形成的Ag信号消失,说明在200℃和250℃时效过程中,自然时效处理和合金内形成的溶质原子团簇发生分解。5wt%和15wt%溶质含量合金自然时效处理后再在200℃人工时效处理过程中,合金内正电子湮没寿命值和S参数值均先出现下降到最小值后开始增大,同时商谱Ag信号强度先达到最大后开始减弱。其可能原因在于200℃人工时效过程中发生η-GP区向ε-GP区的转变或者GP区向半共格的中间相γ’(Ag2Al)相的转变。5wt%和15wt%溶质含量合金自然时效处理后再在250℃人工时效处理过程中,合金内正电子湮没寿命值和S参数值均出现单调上升,而商谱Ag信号强度则单调减弱,其原因在于250℃人工时效过程中发生GP区快速向非共格的平衡相γ相发生转变,正电子在失配界面中发生湮没。低温下合金内溶质原子团对正电子捕获的温度关系结果表明,AlAg合金内溶质原子团能够作为正电子的浅捕获态缺陷,其对正电子的捕获随温度的降低而增强。根据正电子捕获模型及浅捕获缺陷中逃逸率和捕获率的关系,通过对低温实验合金内正电子湮没S参数测量结果进行拟合得到三种溶质含量A1Ag合金自然时效处理后溶质原子团对正电子的结合能的大小为14-18meV,而1wt%合金自然时效处理后再在140℃人工时效处理24小时后合金内溶质原子团对正电子的结合能约为50meV,与文献报道的浅捕获态缺陷对正电子的结合能的大小相符。
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