基于Ag界面偏聚浓度调控的Al-Mg-Si-Ag合金强韧化机制研究
批准号:
52101141
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
翁瑶瑶
依托单位:
学科分类:
金属结构材料与力学行为
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
翁瑶瑶
中文摘要
Ag是Al-Mg-Si合金中典型的微合金化元素,Ag原子可以通过偏聚在析出相界面处提高析出相的形核率和热稳定性,从而改善合金的力学性能。然而,Ag原子界面偏聚往往存在偏聚浓度低且分布不均匀等问题,导致合金性能提升不足。实现溶质原子界面偏聚浓度的精确调控对于提高合金的时效硬化潜力具有非常积极的意义。本项目通过设计一系列不同Ag含量的Al-Mg-Si-Ag合金,采用先进的电子显微表征技术、模拟计算和力学性能测试,系统研究合金中各个析出相的界面精细结构及Ag原子偏聚规律,揭示合金成分和时效温度对Ag界面偏聚浓度的影响规律和作用机理,建立“Ag界面偏聚浓度—析出相尺寸形貌—合金力学性能”之间的关联规律,通过协同调控合金成分和时效工艺,实现对Ag界面偏聚浓度的有效控制,从而显著提高合金的时效硬化潜力。本项目为提高Al-Mg-Si合金的力学性能提供新思路,为新型高强高韧汽车车身板的开发奠定基础。
英文摘要
Ag is a typical microalloying element added in Al-Mg-Si alloys. The addition of Ag can increase the nucleation rate and thermal stability of precipitates by segregated at the precipitate/matrix interface, thus improve the mechanical properties of the alloys. However, the low Ag segregation concentration and its uneven distribution lead to the insufficient improvement of properties. Accurate control of solute atoms interfacial segregation concentration is of great significance in improving the age hardening potential. In the present proposal, a series of Al-Mg-Si alloys with different Ag additions are designed, advanced electron microscopy characterization, simulation calculation and mechanical testing are used to: study the interfacial structures of precipitates and the segregation mechanism of Ag atoms, reveal the influence mechanism of the alloy composition and aging temperature on Ag interfacial segregation concentration, establish the relationship between Ag interfacial segregation concentration, precipitate morphology, and mechanical properties of the Al-Mg-Si alloy. By synergistic regulation of alloy composition and aging process, the Ag interfacial segregation concentration is expected to be controlled, which can significantly improve the aging hardening potential of the alloy. This project provides a new idea for improving the mechanical properties of Al-Mg-Si alloy and lays a foundation for the development of new high-strength and high-tough alloy for automobile body application.
本项目自2022年1月开始,按照研究计划和方案顺利执行,完成了不同Ag含量的Al-Mg-Si-Ag合金的成分设计、铸造、均匀化处理及轧制处理,获得目标合金,并选取含0.5 wt.% Ag的Al-Mg-Si-Ag合金样品进行常规固溶时效处理。通过TEM明场像、HRTEM高分辨像研究了Al-Mg-Si-0.5Ag合金中各个析出相的尺寸、形貌和分布规律,通过球差矫正HAADF-STEM研究各个析出相的原亚结构,以及Ag原子在析出相内部和界面处的分布规律。采用EDS-STEM表征确定了Al-Mg-Si-Ag合金中不同析出相界面处的Ag原子偏聚浓度,对比不同Ag偏聚浓度下析出相的界面精细结构。根据原子分辨率HAADF-STEM表征结果,构建了不同Ag界面偏聚浓度下析出相的界面结构模型,通过第一性原理计算了界面模型的界面能、电荷密度以及界面处原子间的键合情况,分析和揭示了Ag原子界面偏聚机制。.通过TEM明场像、HRTEM、球差矫正HAADF-STEM表征研究了不同Ag含量下的Al-Mg-Si-Ag合金中析出相的尺寸、形貌、原亚结构的演变规律。通过EDS-STEM成分分析,确定不同合金中析出相界面处的Ag偏聚浓度,揭示Ag添加量对于Ag界面偏聚浓度的影响规律。选取最佳Ag含量(0.5 wt.%)的Al-Mg-Si-Ag合金进行不同温度的时效处理,研究了不同时效温度下析出相的结构演变和Ag界面偏聚浓度,确定时效温度对Ag界面偏聚浓度的影响规律。根据吉布斯吸附等温方程及相关衍生公式,确定溶质原子浓度、时效温度与析出相界面能之间的关联规律,揭示Ag界面偏聚浓度的影响机理。根据透射电镜表征结果和模拟计算,分析不同Ag界面偏聚浓度下析出相的尺寸形貌和分布规律,确定了Ag界面偏聚浓度与析出相尺寸、形貌和分布之间的关系,建立“Ag界面偏聚浓度—析出相尺寸形貌—合金力学性能”之间的关联规律,确定最佳Ag偏聚浓度,从而有效提高合金的力学性能。
基于二十面体准晶结构稳定化的汽车用Al-Mg-Si合金弥散相形核及强韧化机制研究
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批准号:52471136
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2024
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负责人:翁瑶瑶
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依托单位:
国内基金
海外基金