編輯推薦：具有體心立方結構的Mg-Li-Al合金可以表現出優異的比強度，并具有出色的延展性和耐腐蝕性。通常，由于發生各種相變，合金強度對加工溫度非常敏感。文章確定了在非等溫時效過程中富al區 → θ (D03 Mg3Al) → AlLi的相變順序。發現由旋點分解產生的編織結構是實現峰值強度的優化微觀結構。θ與基體界面處的納米晶α-Mg相被確定為合金軟化的主要原因。對θ→AlLi變換的核殼模型進行了觀察和驗證。這些發現加深了對BCC Mg-Li-Al合金的理解，并為開發具有更高強度和更好穩定性的新一代超輕合金開辟了道路。

鎂(Mg)合金作為結構合金中最輕的一種，具有潛在的高比強度，在汽車、航空航天、電子、體育和醫療等領域對結構部件輕量化的需求日益增加，引起了廣泛的關注。據報道，一種名為LA113的BCC Mg-Li-Al合金表現出色的性能組合。與其他鎂合金不同，LA113合金中的強化（硬化）在從高于350°C的固溶處理溫度進行水淬火后幾乎立即達到峰值。

這項工作中，新南威爾士大學、南京理工大學、瑞典林雪平大學、南方科技大學、西北工業大學、中北大學、太原科技大學、北京科技大學等單位的研究人員通過間斷加熱實驗，結合同步XRD和其他關鍵的實驗和理論技術，研究了BCC結構Mg-Li-Al合金(LA113)在淬火組織分解過程中的各種相變及其機制，以及這些相變如何影響力學行為。該研究揭示了合金中完整的相變序列，為相變機制提供了形態學證據，為理解其他BCC Mg-Li-X合金的相變過程提供了基礎，也為開發具有良好性能和微觀結構穩定性的新一代超輕合金提供了科學依據。相關論文以題“Phase transformations in an ultralight BCC Mg alloy during anisothermal ageing”發表在Acta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118248

圖1 在125 °C到400 °C淬火合金的原位WAXS光譜

圖2 硬度和顯微組織隨時效溫度的變化規律

在從θ相到核殼AlLi相的轉變過程中，硬度逐漸增加。然而，AlLi的形成導致沉淀物的數量密度進一步降低。此外，AlLi不會產生連貫性增強。從175℃~300℃的WAXS數據可以看出，θ相的峰遠高于AlLi相，這意味著該區間的相變主要是由于θ相的重溶。θ相的再溶解會向基體中釋放更多的Al原子，這些原子是旋點分解的必要成分。因此，該溫度區的硬度增加也是由于再淬火過程中的調幅分解所致。

圖3 AlLi相的TEM研究和EDS圖

圖4 Mg3Al轉化為AlLi的偽包晶反應的圖解

AlLi通過從基體θ和Li中吸收Al在θ/β界面上成核。同時，更多的Al在θ相中被Mg原子取代，當邊界達到臨界濃度(Mg: 70 at.%)時，這部分θ相中最終轉化為HCP (α) Mg。核殼模型類似于經典的包晶反應，導致θ到AlLi的轉變可以被認為是一個偽包晶反應θ + Li(固溶體原子) → AlLi + Mg。θ的強化作用強于AlLi，但AlLi合金的延性更強，因此確定θ → AlLi相變對Mg-Li-Al合金強度和延性的平衡具有重要意義。

圖4 模擬Mg3Al向AlLi的相變過程

圖4(a)是中溫275 ℃時效過程中θ向AlLi的演化過程。低溫時效析出相呈球形，晶粒尺寸比棒狀富鋁區大70~130 nm。當t < 180時，大部分顆粒為θ相。在t = 180處，可以看到AlLi開始形成一個富鎂的中心區域。之后，更多的θ轉變為AlLi，粒子間的間距越來越大。AlLi相的三維形貌顯示了更清晰的核殼結構，通過與AlLi相交叉的組成分析證實了AlLi形成于θ相與β-基體的界面，將部分Mg排斥到中心，這與實驗數據很好地吻合。

總的來說，本文研究了體心立方(BCC) (wt.%) Mg-11Li-3Al三元合金在380 ℃的初始固溶處理和水淬后的相變順序，然后連續加熱到不同溫度并重新淬火。確定的相變及其順序為: BCC β相固溶體 → 富鋁團簇(由于旋點分解)(低T) → Mg3Al (θ)(中T) → AlLi(高T)。隨著時效溫度的升高，合金的室溫硬度明顯降低，但在時效溫度以上，由于富鋁團簇的溶解和再析出導致θ析出，硬度再次升高。計算得到的θ相形成活化能較低，為77.3 kJmol 1，這是室溫下富鋁旋節團簇不能形成該相的熱力學原因。在中溫條件下，富鋁團簇作為θ相的成核位點，使得θ相的成核速率非常高，該相的生長是轉變過程中的成核速率控制過程。在θ相和BCC β基體界面析出大量六邊形緊密堆積的納米Mg顆粒，導致共格性損失，是導致硬度損失的主要原因。TEM結果與計算和模擬結果相結合表明，θ相向AlLi相的轉變發生在原位，可能是通過偽包晶反應發生的。