典型Al-Zn-Mg(Cu)合金中析出强化相的原位加热透射电镜研究

High strength Al-Zn-Mg(Cu) alloys are widely used as a structural materials in aerospace and transportation industry, the precipitate strengthening mechanism is the main reason of the high strength. With the development of microstructural characterization techniques, it is found that some of the main strengthening precipitates and their evolution are omitted or misunderstood, and few papers report the competition between the contemporary precipitate, furthermore no paper report the precipitate dissolution mechanism during aging. The newest microchip based in-situ sample heating transmission electron microscopy gives an opportunity to investigate precipitates developing in real-time. Based on in-situ heating sample heating systems, and combining spherical aberration corrected TEM, STEM, exit-wave function reconstruction, quantitative high-resolution electron microscopy, 3-dimentional electron tomography (3DET), in association with the first principle calculations, this project aims to investigate the precipitate evolution of typical Al-Zn-Mg(Cu) alloy at different aging time and temperature, for (1) precipitate structure and 3-dimentional morphology; (2) the mechanism of the diffusion of precipitate during aging; (3) the promoting effect of crystal defects，such as dislocation and grain boundary, on precipitation. The research results may provide useful information for the design of high-quality alloys in composition, forming and heat-treatment processes.

高强度Al-Zn-Mg(Cu)合金作为结构材料广泛用于航空航天和交通领域，析出相强化是其高强度的主要原因。随着表征技术的发展，逐渐发现起强化作用的主要析出相及其演变过程仍未得到透彻理解，混合的析出相之间此消彼长的竞争机制尚未得到充分认识。最新一代以微芯片为核心的原位加热透射电镜显微术的出现为进一步研究上述科学问题提供了机遇。本项目拟利用原位加热透射电镜，结合球差校正电镜、出射波函数重构技术、定量高分辨像模拟、三维电子断层摄影（3DET）、第一性原理能量计算，对Al-Zn-Mg(Cu)合金定点区域进行实时跟踪观察研究，探明和理解合金在不同热处理制度下析出相结构演变、溶解过程和物理冶金机理。在此基础上，进一步定点研究位错和晶界等缺陷处析出相的析出规律特征。相关研究结果可以为设计合金的成分-加工-热处理提供指导，对制备高性能的结构材料具有重要意义。

高强度Al-Zn-Mg(Cu)合金作为结构材料广泛用于航空航天和交通领域，析出相强化是其高强度的主要原因，研究合金的析出相对于理清合金的强化机理、提高韧性和抗腐蚀性能非常重要，本项目研究完全符合国内大飞机和高速列车事业飞速发展的需求。随着表征技术的发展，逐渐发现起强化作用的主要析出相及其演变过程仍未得到透彻理解，混合的析出相之间此消彼长的竞争机制尚未得到充分认识。最新一代以微芯片为核心的原位加热透射电镜显微术的出现，或者准原位的方法为进一步研究上述科学问题提供了机遇。. 本项目按照计划完成的主要研究内容包括：针对7055、7N01和自己熔炼的合金的析出相的原位观察、局部腐蚀行为、高温时效条件下的析出相结构研究；此外研究了改进的Peierls-Nabarro位错模型研究了镁、铝中全位错组成的对称倾侧小角度晶界（SLAGB）的结构特征和力学行为，以及用HAADF-STEM技术和第一性原理计算在AlCuLi合金中发现T1相的前驱体。. 研究发现晶界析出相中Cu含量随着温度提高或者时效时间延长而升高，导致晶界腐蚀电位由低于晶内转变为接近，最后甚至高于晶内是合金腐蚀形貌演变的根本原因；针对7N01铝合金研究了其在200 ℃及150 ℃高温时效情况下出现的新析出相命名为B相。B相近似长方体，宽面大致平行与{111}Al晶面簇，长度方向沿着<110>Al晶向簇；7150铝合金在7层结构的GP-ηp出现之前可能存在只有5层结构的GP5相；镁孪晶易于在（10-11）、（10-12）、（11-22）、（10-13）、（10-15）面上产生；第一性原理计算结果显示GPT1 区的形成焓为-6.8kJ/mol·atom-1，它的形成焓高于T1 相的形成焓(-32.2 kJ/mol·atom-1)，而（10-14）、（11-21）面难以形成孪晶，其余面不存在稳定层错能。. 相关研究结果可以为铝合金、镁合金合金的成分-加工-热处理提供指导，对制备高性能的结构材料及构件具有参考意义。