关于Al-6Mg-2Si-0.2Mn合金中微量Bi在共晶Mg2Si上修饰机制的原子尺度研究

《Scripta Materialia》：Atomic-scale insights into the modification mechanism of trace Bi on eutectic Mg 2Si in an Al-6Mg-2Si-0.2Mn alloy

铋微合金化可有效改善Al-6Mg-2Si-0.2Mn合金性能，原子级表征揭示Bi-Mn-Fe多元偏析在Al/Mg2Si界面形成，使片层状Mg2Si细化至0.4μm并转变为球形，抑制粗化并提升综合力学性能。

　　

陶谷|贾海龙|查敏|马品魁|宋家旺|朱永富|王慧媛

教育部汽车材料重点实验室，吉林大学南岭校区材料科学与工程学院，人民大街5988号，长春130025，中国

摘要

在亚共晶Al-Mg-Si合金中，粗大的、类似汉字形状的共晶Mg₂Si会严重降低合金的延展性，限制其工程应用。本研究发现，在Al-6Mg-2Si-0.2Mn合金中添加微量Bi（0.1 wt.%）能够显著改善其拉伸性能。通过先进的原子尺度表征，我们发现这种性能提升主要源于Bi的掺杂以及Al/Mg₂Si界面处独特的多元元素（Mn-Fe/Bi-Mn-Fe）偏聚行为，这种偏聚使得共晶Mg₂Si的尺寸从约13.9 μm减小到约0.4 μm，并使其形态变为球形。Bi-Mn和Mn-Fe化学键的形成进一步促进了溶质的偏聚。这些原子尺度的界面变化共同抑制了Mg₂Si的粗化，同时促进了其球形形态的转变，为通过靶向微合金化设计高性能、无需热处理的Al合金提供了新的思路。

章节摘录

作者贡献声明

陶谷：撰写初稿、验证实验结果、开展研究。贾海龙：撰写内容、审稿与编辑、提供指导。查敏：撰写内容、审稿与编辑、提供指导。马品魁：方法论设计、数据分析。宋家旺：撰写内容、审稿与编辑、验证实验结果。朱永富：方法论设计。王慧媛：撰写内容、审稿与编辑、提供指导。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

特别感谢来自国家重点研发计划（项目编号：2022YFB3404202）、国家自然科学基金（项目编号：52234009、52271103和52004100）以及吉林省科技发展计划（项目编号：20220301026GX）的财政支持。