Zr元素内扩散与反相界协同作用驱动Al-Zr-Y合金中D022 -Al3 Y向L12 -Al3 (Y, Zr)结构转变的不可逆机制研究

本研究针对Al合金中Y元素易形成脆性D0型Al3 Y相而非强化型L12 相的难题，通过TEM技术揭示了Zr元素内扩散与反相界（APB）协同驱动D022 →L12 不可逆转变的机制，为低成本L12 相稳定化设计提供新思路。

　　

在铝合金强化领域，立方L1₂
结构的Al₃
M（M为过渡金属/镧系元素）纳米析出相因其与铝基体的共格界面产生的应变场，能有效阻碍位错运动而备受关注。然而，高成本的Sc元素和易形成脆性非立方相（如D0₁₉
/D0₂₂
）的Y元素制约了其工业化应用。尽管已有研究表明Zr-Y复合添加可形成L1₂
-Al₃
(Zr,Y)相，但其从热力学稳定D0相向亚稳L1₂
相转变的微观机制仍是未解之谜。

为解决这一关键问题，来自国内的研究团队在《Journal of Materials Science》发表研究，通过透射电镜（TEM）技术系统分析了Al-Zr-Y合金在高温时效过程中D0₂₂
-Al₃
Y向L1₂
-Al₃
(Zr,Y)的结构转变机制。研究采用Ar气氛感应熔炼制备Al-0.1Zr-0.1Y（at.%）合金，结合时效处理与原子尺度表征技术，揭示了Zr扩散与反相界（APB）的协同作用机制。

实验结果

1. 初始相组成：铸态下Y仅以片状D0₂₂
   -Al₃
   Y存在，Zr未形成独立相。时效后Al₃
   Zr在Al₃
   Y/基体界面形核，形成凹壳结构。
2. APB加速扩散：反相界作为管道促进Zr原子快速扩散至相邻D0₂₂
   相，其迁移通过原子重排驱动局部L1₂
   化转变。
3. 结构转变证据：在APB与D0相过渡区观察到L1₂
   原子层的插入，证实了不可逆转变的原子尺度过程。

讨论与结论
该研究首次阐明APB在D0→L1₂
不可逆转变中的双重作用：既作为Zr的快速扩散通道，又通过界面原子重排提供转变驱动力。相较于传统认知中APB仅促进L1₂
→D0可逆转变的现象，这一发现为利用廉价Y元素设计高性能L1₂
强化相提供了理论依据。研究提出的"Zr管道扩散-APB协同转变"模型，对开发新型耐热铝合金具有重要指导意义，有望推动航空航天领域关键材料的低成本化进程。