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2023
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铝合金淬火过程溶质捕获空位的研究！
微观结构演变和影响这种演变的过程在确定最终的材料性能和行为方面发挥着重要作用。这种过程的一个例子是在自然时效和人工时效过程中通过溶质（例如铝合金）捕获空位。一方面，这种捕获导致移动空位密度大幅降低，并减少自然时效过程中的空位传输。另一方面，在高温下，空位-溶质（VS）对解离并释放空位，导致人工时效过程中扩散过程加速和硬化速率增加。因此，通过控制与溶质结合的空位（即通过选择溶质或合金元素），可以实现所谓的“按需扩散”。溶质捕获空位还可以防止空洞等缺陷的形成。在铝合金中，过量的空位通常与溶质原子形成对或簇。这通常称为溶质的空位捕获。这种捕获导致移动或自由空位数量的变化，进而影响热处理过程中溶质的扩散和沉淀物的形成。
来自德国马克斯·普朗克铁研究所和德国亚琛工业大学的学者通过研究弗兰克环的形成对自由空位可用性的依赖性，在 Al-Sn 二元模型合金中间接研究了这种捕获。目前的实验结果表明，添加100 at.ppm的锡到铝导致淬火弗兰克环的数量密度显着降低。淬火过程中溶质捕获单空位和双空位的模型证明了空位-溶质结合能、溶质浓度和温度对捕获过程的影响。结果表明，空位与溶质之间的结合显着降低了 Al-Sn 淬火后游离空位的浓度。相关文章以“Investigation of vacancy trapping by solutes during quenching in aluminum alloys”标题发表在Acta Materialia。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118969
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增加的 100 at.ppm Sn到Al显着降低了淬火Frank位错环数密度，这意味着Sn原子捕获了很大一部分淬火空位，从而抑制了Frank位错的形成。为了研究猝灭过程中捕获的空位浓度的发展，本研究采用了热力学空位-溶质（VS）结合模型。从 793 K 淬火到293 K意味着单空位和双空位（甚至可能是更高阶）与 Sn 的结合导致显着的空位捕获，因此淬火后的自由空位浓度降低到 100 at.ppm以上。将空位盘的成核率建模为弗兰克环形成的前体，意味着在 100 at.ppm以上时空位盘的形成显着减少，这与由于捕获导致的自由空位的减少有关。
文章来源：材料科学与工程
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