长春理工大学《Mater Des》镁银铝合金的金属间相晶体取向关系

　　镁合金由于其质轻和出色的机械性能在汽车工业等行业引起了人们的极大兴趣，然而，商业合金如Mg-Al-Zn系和Mg-Al-Mn系的强度相对较低限制了其广泛的应用。大量研究人员关注开发基于Mg-Al的新系统。最近，在Mg-Al合金中添加银（Ag）引起了广泛的关注，Ag能够形成新的析出相，可以显著提高时效硬化效应，增强合金的机械性能，但是铸造状态下的Mg-Ag-Al合金形成的中间相的种类和不同相之间的关系仍不明确。

　　来自长春理工大学等单位的研究人员使用透射显微镜观察了铸造状态下Mg-6Ag-1Al（wt%）三元合金中金属间化合物，分析和探讨了它们的形成机理和形态以及对机械性能的影响。相关论文以题为“Crystallographic orientation relationships between the aggregated intermetallic phases in a casting Mg-Ag-Al alloy”发表在Materials and Design。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108561

　　本研究中设计成分为Mg-6Ag-1Al（wt%），熔铸后实测成分为Mg-5.9Ag-0.81Al（wt%）。从显微组织能够观察到金属间粒子，该粒子一部分为单相；另一部分至少四相（标记A-D），不同相之间相互嵌入。通过EDS分析得出A为ε-Mg3Ag（面心立方，a=1.762nm）或ε-Mg26-xAg7+x（面心立方，a=1.7612nm）；B为γ-Mg17Al12（体心立方，a=1.05438nm）；C为β′-Mg2Al3（菱形结构，a=1.9968nm，c=4.89114nm）；D为Mg（密排六方，a=0.3209nm，c=0.5210nm）。

　　观察发现Mg与ε（或γ或β'）之间没有确定的晶体取向关系（OR），而ε、γ和β'相聚集在一起，ε、γ和β'之间有一定晶体取向关系。分析发现在凝固过程中，首先形成ε相，然后γ相在ORs后在ε相上形核为OR1：(001)ε//(1-12)γ和[100]ε//[110]γ或OR2：(001)ε//(110)γ和[001]ε//[110]γ，最终β′相在γ相上形核为OR：(01-1)β′//(-110)γ和[100]β′//[110]γ，因此ε相和β′相遵循OR：(001)β′//(010)ε和[100]β′//[100]ε。

图1（a，b）为同时包含四种相的共晶颗粒TEM图像；（c）（b）为橙色框标记的区域的Mg，Ag和Al的EDS映射

图2图1(b)中标记A到D的阶段的代表性SAED图像。

　　由于在变形过程中应力和应变将从基体传递到金属间相，所以金属间相对于合金的机械性能有至关重要的影响。本研究中的合金存在三种金属间相，这会阻碍变形过程中的位错运动，进而提高材料的强度。此外，这三种金属间相经常聚集在一起，并且在某些OR后呈半共格状态。γ相和β′相由许多小颗粒组成，而ε相也具有许多分支或离散的小颗粒，这些颗粒及其半共格界面可以有效地协调相邻晶粒之间的变形。这种特征是Mg-Al-Zn合金和颗粒增强镁合金复合材料并不具备的。所以这种特殊的金属间相能够提高合金的强度和延展性。

图3ε相和γ相的取向关系

图4β′相和γ相的取向关系

图5β′相和ε相的取向关系

　　本研究针对铸造Mg-6Ag-1Al合金分析和讨论了金属间相的形成机理和形态并确定了它们相互之间的取向关系，诠释了金属间相对机械性能的影响。本研究清晰的说明了Mg-Ag-Al系合金的凝固过程，在以后的研究中可以通过调控金属间相的种类和含量进而影响机械性能，扩大镁合金的应用范围。