先进轻质高性能材料研究中心贾志宏教授及丁立鹏副教授Al合金课题组在揭示T₁（Al₂CuLi）相的形核生长及粗化方面取得重要进展。该团队致力于Al合金的成分设计及强韧化工作，擅长通过透射电镜表征并结合第一性原理计算，实现对合金性能的调控及原子结构的标定。团队分别以“Mutually separated, branched segregation behavior of Mg and Ag elements in the T₁ precipitates of Al-Cu-Li alloys”（第一作者：博士生宁娅茹）和“New insights into multiple thickening mechanisms of T₁ precipitates in Al-Cu-Li alloys” （第一作者：丁立鹏副教授）为题相继发表在《Scripta Materialia》期刊上。

论文链接依次为：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116270

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116477

Al-Cu-Li合金因其优异的强度和热稳定性，广泛应用于航空航天等领域。T₁相作为主要的强化相，为合金强度提供相当大的贡献。其中，T₁相的原子结构及厚度变化对合金的力学性能和稳定性具有重要影响。微合金化元素Mg和Ag对T₁相形核析出存在显著促进作用，但受限于透射电镜表征的限制，Mg和Ag元素的具体作用尚存在疑问。随着时效时间增加，过时效阶段T₁相的粗化行为十分显著，过时效导致T₁相原子结构发生变化，进而影响合金的力学性能和耐高温性能。因此，研究Mg和Ag在T₁相中的原子位置及其引起的T₁相热力学稳定性及粗化T₁相的不同原子结构有重要意义。

两个研究均以AA2195为研究对象，对于Mg和Ag偏聚行为的研究主要关注峰时效状态样品，T1相粗化行为则聚焦过时效阶段。

1. “Mutually separated, branched segregation behavior of Mg and Ag elements in the T1 precipitates of Al-Cu-Li alloys”

通过原子级分辨率电镜表征，可以确切地观察到Mg和Ag偏聚在T₁相的原子位点：在最小厚度单元的T₁相中，Mg原子倾向于占据T₁相中心原子层的Li原子位置，Ag原子则部分取代T₁相在T₁/Al界面处成对的Al原子列中。对于观察到粗化的T₁相，银的偏析行为与粗化T₁相的结构有关。具体表现为：标准T₁相（即另一篇文章中的Type Ⅰ）仅在T₁/Al界面处成对的Al原子列中观察到Ag偏聚，而在Type Ⅱ中，Ag可以进入内部的Al-Li层。随后根据实验上观察到的T1相结构构建原子模型，结合第一性原理计算，从热力学角度对Mg、Ag偏聚行为的稳定性进行了验证，确认了Mg和Ag共同偏聚在T₁相中有利于T₁相的稳定性。本研究首次详细探讨了Mg和Ag在T₁相中的分布规律，填补了这一领域的研究空白。

总而言之，该研究确切地观察到了Mg和Ag原子的偏聚位置，推翻了之前研究认为的“Mg-Ag共偏聚”的看法。研究表明，Mg和Ag微合金化元素对T₁相的稳定性有不可忽视的调节作用，为优化铝合金的设计提供了宝贵的见解。

图1.1 Mg和Ag偏聚在T₁相

图1.2 实验中观察到的构型及第一性原理计算的形成能、偏聚能

2. New insights into multiple thickening mechanisms of T1 precipitates in Al-Cu-Li alloys

这篇文章观察到了Al-Cu-Li合金中T₁析出相的粗化过程，而且首次系统地分类和讨论了这四种粗化机制的特征和相互关系。通过原子级透射电子显微镜观察到的四种不同的T₁相粗化结构。Type-I：两个T₁单元之间存在一个共享的Al/Li层，导致析出相粗化。Type-II和Type-IV：这两种类型涉及两个单独的Al/Li层，但它们的错配度不同。Type-III：在两个的T₁单元之间插入了一个Cu层，导致不同的粗化结构。同时，也观察到，这四种粗化类型的结构不仅可以共存，而且可以相互转换，导致T₁析出相呈现出多样复杂的形态。总的来说，不同的粗化机制通过调整T₁相与基体之间的晶格错配度，从而影响析出相的热稳定性。这些新发现为设计具有优异性能的Al-Cu-Li合金提供了新的思路，特别是在如何通过控制析出相的形态和厚度来优化合金的力学性能和耐高温性方面。

图2.1 T₁相的增厚过程

图2.2 粗化的T₁相原子结构及之间的结构转变

图2.3 第一性原理计算四种构型析出相的形成能