7085 铝合金中 η 相准晶结构的生长路径研究
 
  时间:2025/12/18    作者:周凯旋,刘吉梓  
  7XXX 系高强铝合金因其高比强度和优异服役性能,被广泛应用于航空航天与高端装备领域。其中,η(MgZn₂)相作为关键强化相,其析出结构与演化路径直接影响合金的力学性能与服役可靠性。近年来,研究发现 η 相在特定条件下可形成具有五重对称性的准晶结构,但其形成机制与生长路径仍缺乏系统认知,尤其是不同准晶化程度对应的微观演化过程尚不清晰。
 

本研究以 7085 铝合金为模型体系,利用高分辨扫描透射电子显微技术(HRSTEM),在原子尺度上系统揭示了 η 相准晶结构的形成特征,首次明确提出并区分了两种不同的准晶生长路径

• 由析出相生长过程中应变调控诱导的部分准晶化路径

 

• 由基体应力驱动、五边形畴直接析出的完全准晶化路径

 

该工作为理解铝合金中非周期结构的形成机制提供了清晰的物理图像。

 

 

核心实验结果

• HRSTEM 原子像显示,η 相在生长过程中可通过形成五边形畴与六方缺陷(H 单元)逐步演化出具有五重对称性的准晶亚结构(见图1–图3)。

 

• 元素面分布与线扫结果表明,Cu 在相界面处发生偏析,形成夹板结构,通过局部应力调控促进准晶化过程(见图2)。

 

• 进一步发现,部分 η 相可由五边形畴直接自基体析出,并通过菱形(R)与重叠菱形(R–R)单元的彭罗斯非周期拼砌,形成长程有序的完全准晶结构(见图4、图5)

 

 

综合原子分辨结构分析与傅里叶变换结果,研究团队提出两条准晶生长机制模型(见图6):

1. 应变能驱动路径:析出相生长过程中,五边形畴与缺陷协同演化,通过 R 与 H 单元的彭罗斯平铺逐步实现准晶化;

 

2. 应力诱导直接形核路径:基体残余应力导致对称性破缺,五边形畴直接析出,并在 R–R 单元过渡连接下形成完全准晶结构。

 

两种路径均与黄金比例(φ≈1.618)的几何构型密切相关,揭示了准晶结构形成的内在几何与应力耦合机制。

 

 

 

 

 

 

 

 
本研究在原子尺度上系统阐明了 7085 铝合金中 η 相准晶结构的形成机制,深化了对铝合金中非周期析出相演化规律的认识,为高强韧铝合金的微观结构调控与材料设计提供了重要理论依据,也为准晶结构在工程合金中的可控构筑提供了新的思路。
 
论文信息: 张云飞,周凯旋*,孙国胜,吕世隆,刘吉梓*, 7085 铝合金中 η 相的准晶结构生长路径研究,《电子显微学报》,2025,44(6):660–668.