鎂合金高溫蠕變失效行為與其微觀組織熱穩(wěn)定性密切相關(guān)。如何調(diào)控鎂合金中添加元素,、金屬間化合物及微觀組織的動力學(xué)行為，抑制元素擴散及界面遷移以提高鎂合金在高溫服役過程的微觀組織穩(wěn)定性,，一直是高溫抗蠕變鎂合金設(shè)計的重要研究課題,。近日，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料學(xué)部輕質(zhì)高強金屬材料創(chuàng)新團隊以Mg-Al-Zn體系中的二元及三元金屬間化合物為研究對象,，結(jié)合擴散偶技術(shù)和高溫激光共聚焦原位實驗方法,，系統(tǒng)測定化合物擴散生長數(shù)據(jù)并計算擴散系數(shù)，討論了Mg-Al-Zn體系中金屬間化合物的高溫擴散動力學(xué)穩(wěn)定性,。圖1給出了MgZn2-Mg2Al3擴散偶中金屬間化合物生長的一系列原位圖像,，這些樣品分別在663 K,、673 K和683 K下預(yù)退火4 h,，然后在高溫共聚焦顯微鏡下進行原位觀察。
圖1. 663 K,、673 K和683 K下τ和ε相擴散生長的HTLSCM原位觀測結(jié)果
采用數(shù)值反演方法獲得了Mg-Al-Zn二元及三元化合物中的元素互擴散系數(shù)（圖2）,，包括γ-Mg17Al12，β-Mg2Al3,，Zn固溶的ε-Mg23Al30,，MgZn2，Mg2Zn3,，τ-Mg32(Zn,Al)49和?-Mg5Zn2Al2,。在所研究的溫度范圍內(nèi)三元金屬間化合物τ相的擴散動力學(xué)學(xué)穩(wěn)定性最好，Zn穩(wěn)定的ε相略高于τ相,。此外,，通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)Mg-Al-Zn鎂合金體系中控制化合物擴散生長速度的主要因素是Al元素在鎂基體中的擴散速率。該方法也適用于其他高溫合金體系中金屬間化合物擴散動力學(xué)行為研究,。
圖2. Mg-Al-Zn二元及三元化合物中的元素互擴散系數(shù)
上述成果以“Investigation on the Temperature-dependent Diffusion Growth of Intermetallic Compounds in the Mg-Al-Zn System: Experiment and Modeling”為題,，發(fā)表在《鎂合金學(xué)報》（Journal of Magnesium and Alloys）上。齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料學(xué)部程開明副研究員為論文第一作者，周吉學(xué)研究員為文章共同通訊作者,。論文的重要合作者還包括中南大學(xué)杜勇教授,、張利軍教授以及北京科技大學(xué)郭翠萍教授等。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃,、國家自然基金青年項目,、山東省自然科學(xué)基金等的支持。