利用HRTEM和in-situTEM研究MgYZn镁合金中LPSO的微结构及其强化机理

利用高分辨透射电镜和带有Z-衬度的高角环形暗场扫描透射电镜技术分析不同工艺得到的不同形态LPSO结构的形成条件、分布特点、原子尺度微结构，测定不同类型的LPSO结构的晶格常数、有序度、原子占位及浓度分布，建立LPSO空间点阵模型，揭示不同类型LPSO结构的转变机制。采用高分辨透射电镜和原位拉伸透射电镜技术动态观察LPSO结构和位错、孪晶、层错、晶界、亚结构等的交互作用，动态观察LPSO结构在与位错、孪晶等交互过程中形态、结构的变化，揭示LPSO结构镁合金的强化机制。利用电子衍射技术和高分辨透射电镜技术研究不同形态LPSO结构与基体的共格关系，利用原位拉伸透射电镜技术动态观察LPSO内部裂纹源的形成、扩展过程，探讨不同LPSO结构对材料断裂的影响，揭示LPSO结构镁合金的断裂机制。本研究成果对全面认识LPSO结构及其强化机制，建立适用于所有含LPSO结构的高强度系镁合金的强化机理具有重要意义

在多种Mg-Y-Zn系合金中，都发现了大量的精细条纹组织，尤其是变形后的样品，精细条纹组织和位错交互作用，是导致Mg-Y-Zn系合金高强度的主要原因。Mg-Y-Zn系合金高强度主要是由粗大的长周期有序结构-X相和基体上的精细条纹组织。前面的研究表明粗大的长周期有序结构是X相，它是裂纹的萌生处，对力学性能是不利的。而基体上的精细条纹组织以前不能确定是位错、层错或者是析出相。本研究利用HAADF-STEM 技术分别观察了长周期有序结构-X相和基体上的精细条纹组织的原子排序。现在通过HAADF 图像观察，精细条纹组织其实也是稀土Y元素富集区域，由两层稀土原子层组成，其排列结构相当于长周期有序结构的一部分，这说明在基体稀土元素浓度较低的区域，没有足够的稀土元素形成长大面积周期有序结构时，这时稀土元素优先沿着[10-10] 方向生长形成长精细条纹结构，而不是沿着[0001]方向生长形成长周期有序结构。此外，利用几何相位分析Geometrical Phase Analysis (GPA)技术研究长周期有序结构和精细条纹结构区域，因稀土元素的存在导致原子错排而产生的应变分布。发现，稀土元素的存在导致了应变的存在，离稀土元素所在的原子层越近，应变约大。离稀土元素所在的原子层越远，应变逐渐减少，直至减到和作为参照的基体差不多。还可以看到，精细条纹结构的两层原子排序和长周期有序结构中其中两个稀土原子层的原子排序一样，但其产生的应变远远小于长周期有序结构中其中两个稀土原子层。在原位拉伸透射电镜中观察到，裂纹是在粗大的长周期有序结构内部萌生裂纹源的。此外，还对Mg-Y-Zn系合金的加工图，以及高稀土浓度Mg-Y-Zn合金的析出相进行了观察和分析。