Al-Zn-Mg 합금의 2단계 이중 피크 노화 침전에서 나노 입자 분율 및 조성의 변화

결과 및 토론

실험 합금은 2단계 시효 처리, 즉 12시간 동안 373K에서 시효화된 다음 다른 시간 동안 443K에서 시효 처리되었습니다. 실험용 합금의 2단계 시효경화 곡선은 그림 1과 같다. 2단계 시효과정의 0, 2, 8, 14h의 상태는 UA(underaging), PAI(피크시효)에 해당한다. I), PAII(피크 노화 II) 및 OA(과노화에서 T73) 각각. 경도 변화에 따라 T73 상태의 합금은 PAI에 비해 ~ 15% 경도를 잃습니다.

2단계 시효과정에서 실험합금의 시효경화곡선

이러한 4가지 상태의 일반적인 나노입자는 HRTEM으로 관찰되었으며 명시야(BF) 이미지는 그림 2에 나와 있습니다. 그림 2a의 [110] 영역 축 근처에서 나노입자와 Al 매트릭스 사이의 완전한 일관성 관계는 존재를 직접적으로 증명합니다. GP의 UA의 영역 [16]. 노화 시간이 길어질수록 G.P. 영역은 PAI에서 거칠어지고 그림 2b와 같이 여전히 Al 매트릭스와 일관성이 있습니다. 그림 2c와 같은 나노입자의 경우 격자의 뒤틀림을 명확하게 볼 수 있는데, 이는 Zn 원자가 격자로 이동하여 η' 상에 무질서를 유발하는 과정과 관련이 있다[17]. 한편, 선행 연구에서도 두 번째 노화 피크가 주로 η' 위상에 의해 발생한다고 보고했습니다[6]. 그러나 그림 2d에 나타난 OA의 전형적인 나노입자는 Al matrix와 완전히 일치하지 않고 η상으로 인식될 수 있는 [001] 영역 축 부근에 육각 격자를 보인다. 특히 a 축은 ~ 0.53nm에서 측정되며 평형 η 상에 대한 이전 연구와 잘 일치합니다[18].

2단계 노화 과정의 다양한 상태에서 일반적인 나노 입자의 BF HRTEM 이미지:a UA, b PAI, c PAII 및 d 오. [110], [011], [011] 및 [001] 구역 축 근처의 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴은 a의 삽입으로 표시됩니다. –d , 각각

그림 3은 각 상태에서 표시된 전형적인 나노입자를 통한 대표적인 1D 농도 프로파일과 함께 다양한 2단계 노화 상태에서 표본의 3D 재구성 형태를 보여줍니다. 도 3a의 이미지는 G.P.로 구성된 초기 노화의 나노입자를 나타낸다. 영역. 도시된 바와 같이, 비교적 적은 양의 작은 나노입자가 관찰될 수 있다. 그림 3b에 표시된 농도 분석은 두께가 ~ 2.0nm인 일반적인 나노입자가 평균 함량이 ~ 13.8 ± 0.1at인 조성에서 다양함을 나타냅니다. % Zn, ~ 9.4 ± 2.1 at. % Mg 및 ~ 75.8 ± 1.7 at. % Al 및 ~ 1.5:1에서 Zn/Mg 비율. PAI의 경도 피크는 주로 G.P. 영역 [6]. PAI에서 시편의 재구성 형태(그림 3c)에서 많은 양의 평평한 나노입자가 명확하게 관찰될 수 있습니다. 그림 3c의 일반적인 나노입자의 평균 조성은 ~ 23.6 ± 1.3 at. % Zn, ~ 17.2 ± 0.3 at. % Mg 및 ~ 57.5 ± 1.8 at. % Al, ~ 1.4:1에서 평균 Zn/Mg 비율을 제공하고 두께는 그림 3d와 같이 ~ 2.5nm로 증가합니다. UA 및 PAI 상태에서 위에서 언급한 나노 입자의 조성은 모두 G.P에 대한 이전 결과와 일치합니다. Zn/Mg 비율이 1:1과 1.5:1 사이에 있는 것으로 밝혀진 영역[9, 10, 12]. 그림 3e는 PAII 상태의 표본에 대한 재구성 형태를 나타내며, 해당 HRTEM 결과는 주요 나노입자가 η' 상임을 나타냅니다. 나노입자의 형태가 타원형인 경향이 있음을 분명히 알 수 있다. 한편, G.P. 영역에서 전형적인 나노 입자의 Al 질량은 그림 3f와 같이 Zn 및 Mg 용질로 대체되었습니다. 구체적으로, 약 ~ 30.3 ± 3.9 at. % Zn 및 ~ 25.7 ± 3.8 at. % Mg와 ~ 43.4 ± 2.8 at. 나노 입자 내의 % Al 및 평균 Zn/Mg 비율은 ~ 1.2:1에서 측정됩니다. 도 3g에 도시된 바와 같이, OA의 대부분의 전형적인 나노입자의 크기가 조대화된다는 것은 HRTEM 관찰과 일치한다. 과시효 동안의 경도 감소에 따라 η상은 실험 합금에 매우 약한 강화 효과를 나타냅니다. 구체적으로, ~ 6.0nm 두께의 전형적인 나노입자는 주로 ~ 50.2 ± 2.2 at. % Zn 및 ~ 30.1 ± 1.1 at. % Mg와 ~ 17.7 ± 1.9 at. % Al이고 약 ~ 1.7:1의 Zn/Mg 비율을 가지고 있습니다. 한편, 우리는 등가 반경(R _eq ) 나노 입자의 Al 함량과 관련이 있습니다. 그림 4는 R의 분포를 보여줍니다. _eq 및 100개 이상의 나노입자에 대한 통계적 분석을 통해 다양한 노화 상태에서 나노입자의 상응하는 Al 함량. 입자가 클수록 포함하는 Al이 적다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 설명을 위해 G.P. 영역에서 η 상으로의 성장은 Mg 및 Zn 원자가 나노 입자에 들어가 Al 원자를 거부하는 성장 과정입니다. 첫째, 우리는 OA에서 나노 입자의 Al 함량이 R _eq 그림 4d와 같이 증가합니다. 구체적으로 R일 때 _eq ~ 5.0 nm 이상인 경우 Al 함량 범위는 ~ 10.2 ~ ~ 36.4 at. %. 이러한 구성은 Maloney[14]가 보고한 η 상의 화학적 연구와 유사합니다. 이에 따라 ~ 42.1에서 ~ 48.4까지 다양합니다. % 및 ~ 52.4에서 ~ 67.1 at. R일 때 % _eq ~ 3.0과 ~ 5.0 nm 사이이고 ~ 3.0 nm보다 낮습니다. 더 흥미롭게도 그림 4c의 PAII 조건은 유사한 결과를 보여줍니다. 따라서 현재 및 이전 APT 결과[9, 14]를 참조하여 Al 함량을> ~ 50.0, ~ 40.0 ~ ~ 50.0 및 <~ 40.0의 세 범위로 나눕니다. %로 나누고 이에 따라 R을 나눕니다. _eq G.P.를 구별하기 위해 <~ 3.0, ~ 3.0 ~ ~ 5.0,>~ 5.0 nm의 세 가지 범위로 구역, η' 위상 및 η 위상. 의심할 여지 없이, UA의 나노입자(그림 4a)는 ~ 72.5에서 ~ 81.4 at. % Al은 완전히 G.P입니다. 영역. 그러나 그림 4b는 R _eq Al 함량은 여전히 ​​~ 50.0을 초과하지만 PAI의 나노 입자는 ~ 4.0 nm에 도달할 수 있습니다. %. 상대적으로 거친 G.P. 영역은 크기가 임계 크기를 초과하는 η' 상의 전구체일 수 있으며 부분적으로 Al 매트릭스와의 일관된 관계를 잃을 수 있습니다. 그 결과, 나노입자 구성과 노화 시간의 관계를 밝힐 수 있다. 그림 5는 다양한 노화 상태에서 나노 입자의 통계적 분율을 보여줍니다. 지피 영역은 첫 번째 및 두 번째 피크 시효 합금에서 ~ 85.0 및 ~ 22.7% 나노입자를 차지합니다. 노화 시간이 증가함에 따라 G.P. 영역이 감소하고 η' 상의 위상이 PAII에서 피크 값(~ 54.5%)까지 단조롭게 상승한 다음 하락하여 전환 매개체로서의 기능을 직접 증명합니다. T73 노화 처리 후, OA 및 G.P.에 ~ 63.3% η 상이 있습니다. 영역은 여전히 ​​나노 입자의 ~ 20.0%를 차지합니다. 따라서 이중 경도 피크는 모두 G.P. 영역 및 η' 단계. 지피 영역은 첫 번째 피크 노화 합금에서 주요 경화 나노 입자를 차지하는 반면, 대부분은 두 번째 피크 노화 합금에서 η' 상으로 이동한 다음 η' 상은 주요 경화 단계가 됩니다. 또한, OA의 경도 감소는 G.P보다 약한 경화 효과를 나타내는 η상의 형성과 직접적인 관련이 있습니다. 영역 및 η' 단계 [7].

다양한 2단계 노화 상태에 있는 표본의 3차원 재구성:a UA, c PAI, e PAII 및 g 오. a에 표시된 전형적인 나노입자를 통한 조성 프로파일 , ㄷ , e , 및 g 0.5nm의 이동 단계로 선택된 실린더(직경, 3nm)를 사용하여 측정되었으며 b에 표시됨 , d , f , 및 h , 각각

등가 반경의 분포(R _eq ) 및 다른 2단계 노화 상태에서 나노입자의 해당 Al 함량(at.%):a UA, b PAI, c PAII 및 d OA

다양한 2단계 노화 상태에서 나노 입자의 통계적 분율

언급했듯이 일정량의 G.P. 충분한 노화 후에도 영역이 여전히 존재합니다. 그림 6은 G.P.가 공존하는 OA 상태의 일반적인 원자 맵을 보여줍니다. zone 및 η 위상을 명확하게 관찰할 수 있습니다. η 상은 노란색으로 표시되고 G.P. 영역은 녹색입니다. 흥미롭게도 G.P. 사이의 A와 B로 표시된 영역은 zone 및 η 상은 다른 영역보다 상대적으로 Al이 풍부하고 Mg 및 Zn이 부족합니다. 노화 처리의 시작부터 양쪽의 나노 입자는 그들 사이의 나노 입자보다 빠르게 성장할 수 있다고 믿어집니다. 결과적으로, 이러한 2개의 상대적으로 큰 나노입자는 표시된 A 및 B 영역에서 Mg 및 Zn 원자를 둘러쌀 때 포획하기 쉽고 침전물로 더 변형될 수 있어 G.P. 그들 사이의 영역. 따라서 G.P. 영역은 매우 느리게 성장하며 충분한 노화 처리 후에 존재할 수 있습니다. 또한, 이러한 G.P.의 용해 과정일 수도 있습니다. 크기가 임계 크기보다 작은 경우 Mg 및 Zn 원자를 두 개의 더 큰 η 상으로 전달하여 영역을 분리합니다.

OA 상태에서 Mg, Zn 및 Al 원자의 분포를 보여주는 일반적인 1nm 두께의 원자 지도(50 × 30 nm). 나노 입자 내의 해당 Al 함량은 삽입으로 표시되었습니다.