铝合金中GP区与亚稳相周围晶格变形场的定量电子显微学研究

由于GP区与亚稳沉淀相的析出造成铝合金晶格畸变进而引起基体中纳观尺度的晶格应变场，应变场交互作用并阻碍位错运动从而使铝合金强化。对于GP区和亚稳沉淀相周围晶格应变场的认识及其与运动位错的作用机制，目前只有一些描述性的结论，其定量化的实验研究结果很少。本项目拟利用高分辨透射电子显微镜在原子尺度上准确地研究铝合金中GP区和亚稳沉淀相的结构，重点研究GP区和亚稳沉淀相周围的晶格变形情况，并利用几何相位分析技术和会聚束电子衍射技术定量测定GP区和亚稳沉淀相周围纳米尺度范围内的晶格应变场，研究纳米应变场的交互作用机制，深入研究GP区、亚稳沉淀相周围晶格应变场与运动位错的作用机制以及应变场对铝合金力学行为的影响机理等关键科学问题，为更准确地描述位错运动机制、进一步完善铝合金的强韧化理论以及理解铝合金在纳观尺度下的力学行为奠定理论与实验技术基础。

变形铝合金的强化主要来源于析出沉淀相而引起基体的残余应变强化，本项目深入研究了铝合金沉淀相的结构，并重点利用基于高分辨透射电子显微技术基础上的几何相位分析技术和会聚束电子衍射技术分别研究了铝合金中GP区和亚稳沉淀相周围的晶格变形场，定量测得沉淀相周围基体的残余应变值。.采用喷射成形技术制备出Al12Zn2.4Mg1.1Cu铝合金，合金经过固溶和时效处理后，对其微观组织结构和晶格变形场进行了研究。透射电子显微研究表明，合金微观组织中的沉淀相主要包括GP区和η′亚稳相。.几何相位分析技术计算结果表明：铝合金中GP区周围晶格变形场的应变分布不均匀，GP区附近的应变值在各方向差别较大。GP区周围的应变场沿惯习面的应变峰值为0.04,垂直于惯习面的应变峰值为-0.3；而η′沉淀相周围的应变场沿惯习面方向的应变峰值为0.04，垂直于惯习面的应变峰值为0.08。说明当GP区转变为η′亚稳沉淀相后，残余应变值减少了。由于GP区与铝基体保持共格关系，界面变形程度较大，残余应变较大；而当GP区转变为η′亚稳沉淀相后，由于η′相与基体保持半共格关系，释放掉部分应变，所以η′相周围残余应变较GP区中的残余应变小。进一步分析表明，η′相与基体的界面周围是应变集中区，拉压应变成对出现，这与刃型位错的应变场模型极为相似。可以认为，这主要是由于η′相与基体的界面存在大量的刃型位错造成的，而正是这些刃型位错的形成，弛豫了界面的部分应变，使得η′相周围残余应变较GP区中的残余应变小。 .会聚束电子衍射技术研究表明：合金中η′相附近的基体中存在残余应力，残余应力随距η′相距离的增加而减少，距离η′相5 nm、45nm和85nm处的残余应力分别为-210 MPa（应变为0.003）、-202 MPa（应变为0.0029）和-145 MPa（应变为0.0021），（铝合金的弹性模量取为69000 MPa）。.对比两种方法的测量结果，可以看出：几何相位分析技术更适合于靠近沉淀颗粒区域的应变测量，而会聚束电子衍射技术更适合远离颗粒区域的应变测量，两种实验方法可以相互补充，完全可以利用这些方法来评价材料微观区域的残余应变。本项目研究结果对于分析铝合金的微观力学行为、进一步完善铝合金的强韧化理论奠定了基础。