透射电镜论文解读第八期

　　论文简要
　　由于Al11Ce3相的高稳定性，AlCe合金拥有理想的高温性能。Al11Ce3相的形态和尺寸在决定AlCe合金的硬化效果方面起着重要的作用。
　　本文研究了ScZr的加入对超共晶铸造的AlCe合金的微观结构、机械性能和热稳定性的影响。结果表明，Sc和Zr原子可以吸附在Al11Ce3相表面并控制其生长过程，同时降低原生Al11Ce3相尺寸。随着ScZr总含量增加，0。49wtSc0。23wtZr合金的极限拉伸强度、屈服强度和伸长率与未改性的合金相比有明显的改善。
　　溶解在基体中的Sc和Zr原子作为分解的固溶体，在热暴露后析出L12Al3（Sc，Zr）相，这些相与Al基体保持完全一致，导致在300C和400C热暴露后，硬度增加。因此，Al15Ce（ScZr）合金为可用于高温应用的工程材料开辟一个新的合金体系。
　　本文的核心主要在两个部分：
　　一、ScZr的加入对富铈相的改变
　　二、Al3（Sc，Zr）沉淀硬化作用对合金热稳定性的影响
　　论文识图
　　第一部分：ScZr的加入对富铈相的改变
　　图1。不同ScZr含量的Al15Ce合金的截面照片：
　　（a）0Sc0Zr；（b）0。13Sc0。06Zr；
　　（c）0。23Sc0。10Zr；（d）0。49Sc0。21Zr。
　　图1显示了四种合金断面宏观结构，均为等轴晶，是初生相和共晶相的混合物，且随着ScZr含量的增加，合金晶系明显被细化。
　　图2。不同ScZr含量的Al15Ce合金的SEM图像：
　　（ac）0Sc0Zr；（df）0。13Sc0。06Zr；
　　（gi）0。23Sc0。10Zr；（jl）0。49Sc0。21Zr。
　　表2：标记图2中：不同点的EDS分析结果
　　由SEM图可知
　　存在两种Al11Ce13相，初生相以及共晶相，且初生相的平均长度远大于共晶相。
　　随着ScZr总含量的增加，初生相在形态尺寸出现明显变化，共晶相也逐渐呈细纤维状。
　　在高ScZr含量的合金中，共晶相有呈球形趋势，且在0。23SC0。10Zr合金和0。49SC0。21Zr合金中，共晶相和Al基体几乎已完全成球形。
　　由表二ScZr的原子比，得出合金形成了Al3（Sc，Zr）相。
　　问题来了：已有SEM结论，还需要做透射电镜（TEM）吗？
　　答：有必要，TEM会在更微观的尺度下来进一步验证SEM结论，使论文更具有说服力！
　　图4
　　（a）TEM图像显示了0。23Sc0。16Zr合金的初生相和共晶相；
　　（b）和（c）分别显示了（a）中绿色和蓝色圈出的区域的SAED图案；
　　（d）和（e）分别显示了（a）中A点和B点的EDS分析结果
　　图5
　　（a，f）TEM图像和（be，gj）Al11Ce3相的EDS面扫结果：
　　（ae）0。10Sc0。06Zr合金中的原生Al11Ce3相；
　　（fj）0。10Sc0。06Zr合金的共晶Al11Ce3相。
　　由TEM结果可知
　　存在两种形态不一的富铈相，一种几十微米的粗长块状，另一种几微米的球状，经选区电子衍射（SAED）和EDS分析，确定为Al11Ce3相，其中粗长块状为初生Al11Ce3相，球状相为共晶Al11Ce3相，与SEM结果保存一致；
　　发现Sc、Zr在Al与Al11Ce3相界面处富集，若是SEM能谱的话，不一定能检测到这一现象。
　　第二部分：Al3（Sc，Zr）沉淀硬化作用对合金热稳定性的影响
　　图8。不同ScZr添加量的Al15Ce合金在高温下热暴露后的显微硬度。
　　（a）300；（b）400。为了进行比较，
　　选择了商业的ZL205和ZL101合金来评估在300和400的热稳定性。
　　图8体现的主要就是一个目的：高含量ScZr的合金能有效提高合金的显微硬度，主要是由于Al11Ce3相的稳定性和富含ScZr相的沉淀硬化作用。
　　问题来了：富含ScZr相如何表征？
　　答：用透射电镜（TEM）最为合适不过了，一方面可通过选区电子衍射来确认物相，另一方面可通过明暗场来观察富含ScZr相的形态尺寸。
　　图9。TEM图像显示了0。23Sc0。16Zr合金中的Al3（Sc，Zr）沉淀
　　（a）Al3（Sc，Zr）沉淀的形态；
　　（b）（a）中A点标记的Al3（Sc，Zr）沉淀的HRTEM图像；
　　（c）（b）中方形区域的HRTEM图像和相应的FFT图像；
　　（d）（a）中被包围的区域的EDS结果。
　　图10。0。23Sc0。16Zr合金在高温下热暴露后的TEM
　　（a，b）明场和（c，d）暗场图像。（a，c）3005小时；
　　（b，d）40020小时。（e）和（f）分别是A点和B点的EDS结果。
　　由TEM结果可知
　　存在球状Al3（Sc，Zr）相，通过高分辨快速傅里叶变化（FFT）来确认，球状与之前SEM结论一致
　　存在高密度数量的Al3（Sc，Zr）相，且随着暴露时间尺寸会变大
　　透射电镜（TEM）知识拓展
　　制样方面
　　AlCe合金可作为常见铝合金来进行TEM制样。一般是采用离子减薄法，也可采用电解化学双喷，但由于AlCe合金中，Al11Ce3相尺寸在微米级，电解双喷制样可能会造成孔洞，这是由于Al11Ce3相与Al在双喷液中腐蚀速率不同造成。
　　小编建议制样方式：
　　电解双喷离子减薄，用使用电解双喷法，但不要腐蚀出孔，仅起到减薄样品作用，然后使用离子减薄法，这样很快便可出洞，也较容易出理想薄区。
　　数据分析方面
　　难点是未知物相的电子衍射标定，文中有两处分别使用到，其一是通过电子衍射花样确认Al11Ce3相，其二是通过高分辨的傅里叶变化（FFT）确认Al3（Sc，Zr）沉淀相。
　　标定建议：
　　在进行未知物相标定时，可通过能谱数据以及样品自身属性等相关信息，先确定物相的主要元素，然后通过各类软件进行物相卡片搜寻，如xrd、pdf2014、findit等，最后进行物相标定。
　　中材电镜中心提供免费标定网站
　　零基础也能电子衍射标定，三分钟内出结果！
　　免费衍射标定网址：
　　http：www。simr。ac。cn
　　标定网站时注意事项：
　　网站不能识别tif文件，jpg格式即可，
　　PDF卡片要包含：a、b、c、、、和空间群，若PDF卡片未识别晶体结构，也可自行输入标定出来的结果，
　　网站标定结果一般存在多个，任选一个即可（同属于一个晶向族，都是等效的）。
　　中材电镜中心案例赏析