论文部分内容阅读
二十面体准晶(IQC)相强化的Mg-Zn-Y/RE合金具有优良的室温和高温力学性能，后续热变形处理能进一步提高其力学性能。但此类Mg合金中往往还形成有害的晶体相，这弱化了IQC相的强化作用。迄今对IQC相的相变类型和温度还未确定，这不利于通过优化处理工艺提高材料性能。本文选用成分为Mg95Zn4.3Y0.7的铸态合金作为研究对象，大量Zn6Mg3Y型IQC相以网状形式分布在Mg基体之间，还有少量的六方结构的H相Zn3MgY和面心立方结构的W相。采用差热分析(DTA)和原位加热透射电子显微术(In situ heating.TEM)确定了IQC相到面心立方结构的W相Zn3Mg3Y2和H相的相变温度分别为720K和727K。为了不减少IQC强化相的体积分数并获得优异的力学性能，铸态合金的热变形或者热处理温度应低于720K。 铸态TEM样品在原位加热的升温过程中，在633 K时IQC相开始溶解，并形成很多体心立方结构的Mg-Y纳米颗粒，空间群为Ia3d;,在673 K时较厚的长条状IQC相转变为条带状的W相;在688 K时剩余的共晶片层IQC相转变为H相和W相。在降温过程中，在623 K时H相转变为W相。定量分析IQC到H和W相变的原位TEM过程，显示新形成的H和W相的长大均由长程扩散控制，与固态相变理论吻合。 另外，相对于介观尺度的准晶，人们一直难以深刻理解金属间化合物准晶的起源。金属间化合物准晶一般由液态形成，实验上很难从原子尺度来研究此类准晶的形成机理。本文采用原位加热TEM技术观察到在相对较低的温度IQC相颗粒在六方H相和立方W相的表面上固态外延形核生长，并借助像差校正扫描透射电子显微术(Aberration-corrected STEM)研究了准晶和晶体间界面的原子结构，从原子尺度理解金属间化合物准晶在固态条件下的起源。 铸态样品原位加热至约573 K时，大量IQC颗粒在H/Mg界面上固态形核生长，并与H相之间有且只有两种特定的取向关系。这归因于H/Mg界面上发生二十面体连接方式的外延传递。界面上偏聚的原子根据能量最优原则在H相表面的畸变二十面体上按四面体密堆成新的二十面体，作为IQC相的核心二十面体形核长大。 将铸态合金在753 K保温10小时并进行淬火后，得到干净光滑的W相颗粒与Mg基体的界面。该样品原位加热至约593 K时，大量IQC颗粒在W/Mg界面上固态形核生长，并与W相之间存在唯一的取向关系。热激活作用引起界面处W相中的外层Mg立方八面体转变为二十面体，内层的畸变立方八面体为满足四面体密堆也同步转变为较小的二十面体，同时外围的原子按四面体密堆形成五角十二面体，这样构成一个二十面体对称的三层团簇，激发IQC相的形核、生长。