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镁合金是一种重要的结构材料，在交通运输及航空航天等领域有广泛的应用前景。本课题的研究对象为商业镁合金QE22（Mg-2.5Ag-2Nd-0.7Zr,wt.%），它具有优异的室温和高温力学性能以及良好的抗蠕变性能。QE22是可时效强化镁合金，但该合金时效过程涉及到的析出相的晶体结构及其之间的转变规律尚未被清晰地建立起来。此外，孪晶界是镁合金中重要的界面，而QE22中孪晶界溶质偏聚和析出行为也尚不清楚。因此，有必要对该合金不同时效阶段的析出相以及孪晶界溶质偏聚与析出行为进行系统、深入的研究。
本课题利用原子分辨率高角环形暗场成像（HAADF-STEM）技术和原子尺度能谱（EDS）元素面分析技术系统研究了：（1）凝固过程形成于晶界处的平衡金属间化合物的结构和成分；（2）在150℃至300℃时效时晶内以及孪晶界处析出相的结构、成分和取向关系；（3）在200℃时效时偏聚在孪晶界上的溶质原子的排列规律。
通过对平衡金属间化合物的表征，发现平衡相δ不具有文献报道的四方结构，而具有正交结构（空间群Cmcm，a=1.02nm，b=1.18nm，c=1.00nm），其化学计量式也不是目前文献认可的(Mg,Ag)12Nd，而是NdAgMg11。提出了δ相的原子结构模型。
在150至300℃时效时，QE22合金的析出序列为：S.S.S.S→γ"→γ→δ。γ"相为基面片状析出相，具有六方结构（a=0.56nm，c=0.45nm），与其他Mg-RE-Ag合金中报道的结构相同。γ"相与α-Mg的取向关系为(0001)γ"//(0001)α，[01（1）0]γ"//[2(11)0]α。γ相为菱形状析出相，具有六方结构（空间群P63/mmc，a=1.00nm，c=0.99nm），化学计量式为Nd2Ag3Mg14。提出了γ相的原子结构模型。γ相与α-Mg的取向关系为(0001)γ//(0001)α，[2(11)0]γ//[2(11)0]α。γ析出相内通常含有多个面缺陷，将单个γ粒子分割为几个具有相同取向的区域，相邻两区域之间相差一个分离矢量[1(1)01]α。平衡析出相δ为椭球状析出相，与基体的取向关系为(100)δ//(0001)α，[001]δ//[2(11)0]α。随时效过程的进行，γ相的缺陷区域逐渐扩大，扩大后缺陷区域的原子排列和δ相非常类似，意味着δ相是由γ相原位转变形成的。δ相与γ相的取向关系为(100)δ//(0001)γ，[001]δ//[2(11)0]γ。
在(10(1)1)α和(10(1)2)α共格孪晶界上观察到一种新的Nd/Ag原子周期性共偏聚现象。HAADF-STEM图像上Nd原子柱和Ag原子柱亮度相近，难以区分。因此，本课题采用了原子尺度EDS元素面分析技术并直接确定了Nd原子和Ag原子分别占据共格孪晶界的受拉和受压位置，这和此前报道的Mg-Gd-Zn合金中Gd原子和Zn原子均偏聚在受拉位置不同。第一性原理计算结果表明该Nd/Ag原子共偏聚可以强烈地钉扎孪晶界并引起一种新的界面迁移机制。
随着时效时间延长，在(10(1)2)α共格孪晶界会形成析出相，确定了该析出相是平衡相δ，而不是文献报道的具有单斜结构的析出相。在(10(1)1)α共格孪晶界没有观察到δ析出相。Nd和Ag原子在(10(1)2)α共格孪晶界的共偏聚可以为δ相的形成提供成分条件。δ相首先形成三层结构，原子尺度EDS元素面分析结果表明三层δ相与基体界面同时存在Nd和Ag原子，而不是文献报道的均为RE原子。随时效进行δ相逐渐增厚至多层，并与两侧α-Mg基体均保持相同的取向关系：(110)δ//(10(1)2)α，[001]δ//[2(11)0]α。
本课题利用原子分辨率高角环形暗场成像（HAADF-STEM）技术和原子尺度能谱（EDS）元素面分析技术系统研究了：（1）凝固过程形成于晶界处的平衡金属间化合物的结构和成分；（2）在150℃至300℃时效时晶内以及孪晶界处析出相的结构、成分和取向关系；（3）在200℃时效时偏聚在孪晶界上的溶质原子的排列规律。
通过对平衡金属间化合物的表征，发现平衡相δ不具有文献报道的四方结构，而具有正交结构（空间群Cmcm，a=1.02nm，b=1.18nm，c=1.00nm），其化学计量式也不是目前文献认可的(Mg,Ag)12Nd，而是NdAgMg11。提出了δ相的原子结构模型。
在150至300℃时效时，QE22合金的析出序列为：S.S.S.S→γ"→γ→δ。γ"相为基面片状析出相，具有六方结构（a=0.56nm，c=0.45nm），与其他Mg-RE-Ag合金中报道的结构相同。γ"相与α-Mg的取向关系为(0001)γ"//(0001)α，[01（1）0]γ"//[2(11)0]α。γ相为菱形状析出相，具有六方结构（空间群P63/mmc，a=1.00nm，c=0.99nm），化学计量式为Nd2Ag3Mg14。提出了γ相的原子结构模型。γ相与α-Mg的取向关系为(0001)γ//(0001)α，[2(11)0]γ//[2(11)0]α。γ析出相内通常含有多个面缺陷，将单个γ粒子分割为几个具有相同取向的区域，相邻两区域之间相差一个分离矢量[1(1)01]α。平衡析出相δ为椭球状析出相，与基体的取向关系为(100)δ//(0001)α，[001]δ//[2(11)0]α。随时效过程的进行，γ相的缺陷区域逐渐扩大，扩大后缺陷区域的原子排列和δ相非常类似，意味着δ相是由γ相原位转变形成的。δ相与γ相的取向关系为(100)δ//(0001)γ，[001]δ//[2(11)0]γ。
在(10(1)1)α和(10(1)2)α共格孪晶界上观察到一种新的Nd/Ag原子周期性共偏聚现象。HAADF-STEM图像上Nd原子柱和Ag原子柱亮度相近，难以区分。因此，本课题采用了原子尺度EDS元素面分析技术并直接确定了Nd原子和Ag原子分别占据共格孪晶界的受拉和受压位置，这和此前报道的Mg-Gd-Zn合金中Gd原子和Zn原子均偏聚在受拉位置不同。第一性原理计算结果表明该Nd/Ag原子共偏聚可以强烈地钉扎孪晶界并引起一种新的界面迁移机制。
随着时效时间延长，在(10(1)2)α共格孪晶界会形成析出相，确定了该析出相是平衡相δ，而不是文献报道的具有单斜结构的析出相。在(10(1)1)α共格孪晶界没有观察到δ析出相。Nd和Ag原子在(10(1)2)α共格孪晶界的共偏聚可以为δ相的形成提供成分条件。δ相首先形成三层结构，原子尺度EDS元素面分析结果表明三层δ相与基体界面同时存在Nd和Ag原子，而不是文献报道的均为RE原子。随时效进行δ相逐渐增厚至多层，并与两侧α-Mg基体均保持相同的取向关系：(110)δ//(10(1)2)α，[001]δ//[2(11)0]α。