Výsledky projektu Mikrostrukturní mechanismus přirozeného stárnutí a raných stadií precipitace v Al-Mg-Si slitinách

V článku bylo prozkoumáno shlukování atomů Si a Mg během přirozeného stárnutí ve slitinách Al-Mg-Si podrobených rozpouštěcímu žíhání. Pomocí pozitronové anihilační spektroskopie bylo zjištěno, že změnou obsahu Si je možné urychlit nebo naopak zpomalit proces přirozeného stárnutí. Změnou obsahu Mg dochází nejen ke změně kinetiky, ale ke změně celého mechanismu přirozeného stárnutí. Pokud je obsah Mg menší než 0.1 at.% vakance během zakalení vytvoří drobné klastry obsahující 2-3 vakance. Pokud je obsah Mg vyšší než 0.1 at.% zůstanou ve vzorku po zakalení monovakance, které vytvoří páry s atomy Mg.

V článku byla použita pozitronová anihilační spektroskopie ve spojení s měřením mikrotvrdosti pro studium vakancí zakalených v Fe-Al slitinách a na prozkoumání jejich vlivu na mechanické vlastnosti těchto slitin. Pomocí měření zpětné difúze pomalých pozitronů byla změřena koncentrace vakancí v těchto slitinách a bylo zjištěno, že koncentrace vakancí silně narůstá s rostoucím obsahem Al. Vakance představují překážky pro pohyb dislokací a způsobují významné vytvrzení slitin.

V článku byly detailně prozkoumány raná stadia precipitace a fázové transformace ve slitině Al-Zn-Mg-Cu-Si-Mn-Fe. Byl prostudován vliv na Sc a Zr příměsí na tyto precipitační procesy. Zvláštní pozornost byla věnována zakaleným vakancím a jejich vlivu na shlukování atomů příměsí a průběh raných stadií precipitace. S použitím ab-initio teoretických výpočtů provedených v rámci teorie funkcionálů hustoty byly vypočteny vazebné energie mezi vakancemi a atomy jednotlivých příměsí. Pro experimentální studium vakancí a jejich role při vzniku precipitátů byla použita metoda pozitronové anihilační spektroskopie.

V článku je popsán vliv vakancí vytvořených silnou plastickou deformací na mikrostrukturu, precipitační procesy a fyzikální vlastnosti materiálů. Detailně je popsán mechanismus vzniku vakancí a jejich vzájemná interakce a shlukování do drobných klastrů. V článku je dále prezentován metodický postup jak získat rozdělení velikostí a koncentraci shluků vakancí v pevných látkách pomocí pozitronové anihilační spektroskopie.

V článku bylo prozkoumáno shlukování atomů Mg a Si ve slitinách Al-Mg-Si s různým obsahem Mg a Si a jejich interakce s vakacemi při kalení vzorků a během přirozeného stárnutí na pokojové teplotě. Bylo zjištěno, že ve slitinách s obsahem Mg menším než 0.1 at.% aglomerují vakance během kalení do di a tri-vakancí, které následně pomáhají shlukování atomů příměsí během přirozeného stárnutí. Ve slitinách s obsahem Mg vyšším než 0.1 at.% zůstávají po zakalení ve vzorku monovakance, které umožňují vytvoření Si klastrů. Během následného přirozeného stárnutí tyto Si klastry postupně hrubnou a obohacují se atomy Mg.

V článku je prezentován výzkum vlivu plastické deformace na vznik klastrů a precipitační jevy ve slitině AZ31. Byla prozkoumána také teplotní stabilita ultrajemnozrnné struktury této slitiny a zotavení defektů krystalické mřížky vytvořených silnou plastickou plastickou deformací. Bylo zjištěno, že plastická deformace ovlivňuje rozložení a velikost částic b-fáze (Al12Mg17), které je podstatně homogennější. Částice b-fáze blokují růst zrn a podstatně zlepšují tepelnou stabilitu ultrajemnozrnné struktury.