近日，海南大学研究团队在国际期刊《Materials Today Nano》发表了题为《Nucleation and growth of quasicrystal-related precipitates within the Al-matrix of AlEr(Fe) alloys》的研究成果（DOI: 10.1016/j.mtnano.2024.100522）。论文第一作者为湖南大学博士生湛晟，通讯作者为海南大学教授陈江华和赖玉香。该研究深入探讨了铝合金中准晶析出相的形核和生长机制，为揭示铝合金中准晶析出相的形成规律提供了新思路。

研究背景

准晶自从被发现以来，就由于其独特的原子结构而受到广泛关注。虽然在铝合金里面观察到了一些准晶析出相，但关于准晶析出相是如何从过饱和固溶体中形核和生长的仍是不清楚的。考虑到准晶析出相的结构和铝基体存在巨大差异，准晶析出相似乎很难从铝基体中析出。所以，关于铝合金中准晶析出相的形核生长机制仍需进一步研究。

研究内容与成果

如图1所示，350℃峰值时效态的Al-Er-(Fe)合金中形成了两种典型析出相，分别为L1₂结构的Al₃Er析出相和一种准晶相关析出相(QCRP)。原子级能谱结果显示QCRP相由Al、Er、Fe元素组成，如图2所示。

图1 350℃时效后合金中形成的典型析出相

图2 QCRP相的原子级能谱图像

原子分辨率的HAADF-STEM图像显示QCRP是一种由各类准晶结构组成的复合相，观察到的准晶结构主要有单斜m-Al₁₃Fe₄、正交o-Al₁₃Fe₄、正交o'-Al₁₃Fe₄准晶近似相、十次对称准晶团簇和准晶相关非周期结构。

图3 QCRP相的原子分辨率HAADF-STEM图像

结合析出相结构演变和能谱结果，QCRP的演变机制总结如下：首先铝基体中析出含Fe的Al₃Er析出相，然后QCRP在Al₃Er 沉淀中异质形核，并逐渐增大。随着QCRP的增长，Er会偏析在复合QCRP并形成薄的“表皮”，从而使QCRP与基体保持良好的分离。

图4 时效早期合金的微观结构及QCRP前驱相的原子分辨率HAADF-STEM图像

图5 Al₃Er相和QCRP前驱相的原子分辨率能谱图像

总结与展望

该研究利用原子级成像技术研究了AlEr(Fe)合金中准晶相关析出相的原子结构及形核演变机制。这一成果为铝合金中准晶相关析出相的形成机制提供新的见解，也为开发性能更优的铝合金材料奠定了基础。未来，研究团队将进一步探索准晶相关相的热稳定性和其对合金力学性能的影响。