Variación de la fracción de nanopartículas y las composiciones en dos etapas, picos dobles, precipitación por envejecimiento de la aleación Al − Zn − Mg

Imágenes BF HRTEM de nanopartículas típicas en diferentes estados del proceso de envejecimiento de la segunda etapa: a UA, b PAI, c PAII y d OA. Los patrones de difracción de electrones de área seleccionada (SAED) cerca del eje de la zona [110], [011], [011] y [001] se muestran como recuadros en a - d , respectivamente

La Figura 3 demuestra la morfología de reconstrucción 3D de muestras en diferentes estados de envejecimiento de la segunda etapa, junto con perfiles de concentración 1D representativos a través de las nanopartículas típicas marcadas en cada estado. La imagen que se muestra en la Fig. 3a representa las nanopartículas en etapa temprana de envejecimiento que consisten en G.P. zonas. Como se muestra, se puede observar una cantidad relativamente pequeña de nanopartículas diminutas. El análisis de concentración que se muestra en la Fig. 3b indica que la nanopartícula típica con ~ 2,0 nm de espesor varía en las composiciones con un contenido medio de ~ 13,8 ± 0,1 a. % Zn, ~ 9,4 ± 2,1 a. % Mg y ~ 75,8 ± 1,7 en. % Al, y una relación Zn / Mg de ~ 1,5:1. El pico de dureza en PAI lo aporta principalmente G.P. zonas [6]. En la morfología de reconstrucción de la muestra en PAI (Fig. 3c), se puede observar claramente una gran cantidad de nanopartículas planas. Las composiciones promedio de la nanopartícula típica en la Fig. 3c se midieron como ~ 23,6 ± 1,3 at. % Zn, ~ 17.2 ± 0.3 en. % Mg y ~ 57,5 ​​± 1,8 a. % Al, lo que da una relación Zn / Mg promedio de ~ 1.4:1, y el espesor aumenta a ~ 2.5 nm como se muestra en la Fig. 3d. Las composiciones de las nanopartículas mencionadas anteriormente en estado UA y PAI son consistentes con el resultado anterior sobre G.P. zona de la cual se encontró que la relación Zn / Mg estaba entre 1:1 y 1,5:1 [9, 10, 12]. La Figura 3e muestra la morfología de reconstrucción para la muestra en estado PAII, de la cual los resultados HRTEM correspondientes indican que las nanopartículas principales son las fases η '. Puede verse claramente que las nanopartículas tienden a tener forma elipsoidal. Mientras tanto, en comparación con G.P. zonas, una masa de Al en la nanopartícula típica fue reemplazada por solutos de Zn y Mg como se muestra en la Fig. 3f. Específicamente, hay alrededor de ~ 30,3 ± 3,9 en. % Zn y ~ 25,7 ± 3,8 a. % Mg junto con ~ 43,4 ± 2,8 at. % Al dentro de la nanopartícula, y la relación media Zn / Mg se mide en ~ 1,2:1. Como se muestra en la Fig. 3g, coincide con la observación de HRTEM de que la mayoría de las nanopartículas típicas en OA son más gruesas. En correspondencia con la disminución de la dureza durante el sobreenvejecimiento, la fase η muestra efectos de fortalecimiento bastante débiles sobre la aleación experimental. En detalle, la nanopartícula típica de ~ 6,0 nm de espesor consta principalmente de ~ 50,2 ± 2,2 at. % Zn y ~ 30,1 ± 1,1 a. % Mg junto con ~ 17,7 ± 1,9 at. % Al y posee una relación Zn / Mg de aproximadamente ~ 1.7:1. Mientras tanto, encontramos que el radio equivalente ( R _eq ) de nanopartículas está relacionado con el contenido de Al. La figura 4 muestra la distribución de R _eq y el correspondiente contenido de Al de nanopartículas en diferentes estados de envejecimiento mediante análisis estadístico de más de cien nanopartículas. Se puede encontrar fácilmente que cuanto más grande es la partícula, menos Al contiene. Para una explicación, la evolución de G.P. de la zona a la fase η es un proceso de crecimiento en el que los átomos de Mg y Zn entran en la nanopartícula y, por lo tanto, rechazan los átomos de Al. En primer lugar, encontramos que el contenido de Al de las nanopartículas en OA se puede dividir en tres rangos con la R _eq aumenta, como se muestra en la Fig. 4d. En detalle, cuando R _eq está más allá de ~ 5,0 nm, el contenido de Al varía de ~ 10,2 a ~ 36,4 a. %. Tal composición es similar al estudio químico de la fase η informado por Maloney [14]. En consecuencia, varía de ~ 42,1 a ~ 48,4 en. % y de ~ 52,4 a ~ 67,1 en. % cuando R _eq está entre ~ 3.0 y ~ 5.0 nm e inferior a ~ 3.0 nm, respectivamente. Más interesante aún, la condición PAII en la Fig. 4c muestra un resultado similar. Por lo tanto, al hacer referencia a los resultados APT presentes y anteriores [9, 14], dividimos el contenido de Al en tres rangos, es decir,> ~ 50.0, ~ 40.0 a ~ 50.0 y <~ 40.0 en. % y, en consecuencia, dividir R _eq en tres rangos, es decir, <~ 3.0, ~ 3.0 a ~ 5.0 y> ~ 5.0 nm, para distinguir el G.P. zonas, fases η ′ y fases η. Sin duda, las nanopartículas en UA (Fig. 4a) con ~ 72,5 a ~ 81,4 at. % Al son totalmente G.P. zonas. Sin embargo, la Fig. 4b muestra que R _eq de nanopartículas en el PAI puede alcanzar ~ 4.0 nm aunque el contenido de Al todavía está por encima de ~ 50.0 at. %. Esos relativamente toscos G.P. las zonas pueden ser las precursoras de la fase η 'cuyo tamaño excede el tamaño crítico y pueden perder parcialmente la relación coherente con la matriz de Al. Como resultado, se puede revelar la relación entre la constitución de las nanopartículas y el tiempo de envejecimiento. La Figura 5 muestra la fracción estadística de nanopartículas en diferentes estados de envejecimiento. G.P. las zonas absorben ~ 85,0 y ~ 22,7% de nanopartículas en la primera y segunda aleación de envejecimiento máximo. A medida que aumenta el tiempo de envejecimiento, la fracción de G.P. Las zonas disminuyen y la de las fases η ′ se eleva monótonamente hasta el valor máximo (~ 54,5%) en PAII y luego desciende, lo que demuestra directamente su función como medio de transición. Después del tratamiento de envejecimiento T73, hay ~ 63,3% de fases η en OA y G.P. zonas que siguen ocupando ~ 20,0% de las nanopartículas. Por lo tanto, los picos de doble dureza son aportados por G.P. zonas y fases η ′. G.P. Las zonas absorben las principales nanopartículas de endurecimiento en la primera aleación de envejecimiento máximo, mientras que la mayoría de ellas se transfieren a las fases η ′ en la segunda aleación de envejecimiento máximo y luego las fases η ′ se convierten en las principales fases de endurecimiento. Además, la disminución de la dureza en OA está directamente relacionada con la formación de fases η que muestran un efecto de endurecimiento más débil que el G.P. zonas y fases η ′ [7].

Reconstrucción tridimensional de muestras en diferentes estados de envejecimiento de segunda etapa: a UA, c PAI, e PAII y g OA. Los perfiles de composición a través de nanopartículas típicas marcadas en a , c , e y g se midieron utilizando un cilindro seleccionado (diámetro, 3 nm) con un paso móvil de 0,5 nm y se muestran en b , d , f y h , respectivamente

Distribución del radio equivalente ( R _eq ) y el contenido de Al correspondiente (en% at.) de las nanopartículas en diferentes estados de envejecimiento de la segunda etapa: a UA, b PAI, c PAII y d OA

Fracción estadística de nanopartículas en diferentes estados de envejecimiento de segunda etapa

Como se mencionó, una cierta cantidad de G.P. las zonas todavía existen después de un envejecimiento suficiente. La Figura 6 muestra el mapa de átomos típico en el estado OA, en el que la coexistencia de G.P. la zona y la fase η se pueden observar claramente. Las fases η están marcadas en amarillo, mientras que G.P. la zona está en verde. Curiosamente, las regiones marcadas en A y B entre G.P. la zona y las fases η son comparativamente ricas en Al y pobres en Mg y Zn que otras regiones. Se cree que desde el comienzo del tratamiento de envejecimiento, las nanopartículas en los dos lados pueden crecer más rápido que la que está entre ellos. Como resultado, estas dos nanopartículas relativamente grandes son fáciles de capturar cuando rodean átomos de Mg y Zn en las áreas marcadas A y B y pueden transformarse aún más en precipitados, que restringen directamente el crecimiento de G.P. zona entre ellos. Por tanto, el G.P. La zona crece bastante lentamente y puede existir después de un tratamiento de envejecimiento suficiente. Además, también puede ser un proceso de disolución de tal G.P. zona transfiriendo átomos de Mg y Zn a las dos fases η más grandes en caso de que su tamaño sea menor que el crítico.

Mapa de átomos típico de 1 nm de espesor (50 × 30 nm) que muestra la distribución de átomos de Mg, Zn y Al en el estado OA. El contenido de Al correspondiente dentro de las nanopartículas se mostró como recuadro

Conclusiones

1. 1.

   Las nanopartículas en la primera aleación de Al-Zn-Mg de edad máxima consisten en ~ 92,5% de G.P. zonas, de las cuales el contenido de Al está más allá de ~ 50.0 en. %. El valor de dureza más alto correspondiente al primer estado de envejecimiento máximo lo aporta principalmente G.P. zonas.

2. 2.

   El segundo pico de dureza es contribuido por ambas fases η 'y G.P. zonas, que ocupan ~ 54,5 y ~ 22,7% de las nanopartículas, respectivamente. El contenido de Al de las fases intermedias η ′ se encuentra entre el de G.P. zonas y fases η.

3. 3.

   Se encuentra que el contenido de Al en la fase η es menor que ~ 40.0 at. % y su radio equivalente son mayores que ~ 5.0 nm. No se forma la fase η en el estado de menor edad y en el primer estado de envejecimiento máximo, mientras que ocupa ~ 63,3% de las nanopartículas en el estado T73. Esas fases η en el estado T73 todavía contienen ~ 10.2 a ~ 32.4 en. % Al, que puede disminuir aún más con la extensión del tiempo de envejecimiento.

4. 4.

   Crecimiento de G.P. La zona entre las fases η se puede restringir porque los átomos de Mg y Zn circundantes son fáciles de capturar por esas fases η más grandes y, por lo tanto, tal G.P. La zona puede estar envuelta por más átomos de Al, lo que explica por qué una cierta cantidad de G.P. las zonas aún pueden existir después de un envejecimiento suficiente.

Abreviaturas

3D:

Tridimensional

APT:

Tomografía con sonda atómica

EDS:

Espectroscopía de energía dispersiva

HRTEM:

Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución

IVAS:

Software de visualización y análisis Imago

MPts:

La matriz precipita

OA:

T73 en envejecimiento excesivo

PAI:

Envejecimiento máximo I

PAII:

envejecimiento máximo II

R _eq :

Radio equivalente

SAED:

Difracción de electrones de área seleccionada

TEM:

Microscopía electrónica de transmisión

UA:

Envejecimiento

Síntesis y propiedades de puntos cuánticos de CdTe de aleación de Mn emisor de azul soluble en agua Comprensión del mecanismo de crecimiento de las capas epitaxiales de GaN en grafito exfoliado mecánicamente