铝合金具有独特的材料性能，是飞机制造和航天技术中不可缺少的材料。在高分辨率电子断层扫描技术的帮助下，TU Graz的研究人员首次能够解码对理解这些性质至关重要的机制。研究结果最近发表在《自然材料》杂志上。
纳米结构负责材料质量
在铝基体中加入钪和锆石等合金元素，提高了铝合金的强度、耐蚀性和可焊性。经过进一步的处理，只有几个纳米大小的微小圆颗粒，即所谓的纳米沉淀物，就形成了。它们的形式、原子结构以及钪和锆石原子在晶格中的“最佳位置”的“斗争”对材料的性能和可用性起着决定性的作用。
在奥地利电子显微镜扫描透射显微镜(ASTEM)的帮助下，TU Graz的研究人员分析了这些结构。该装置可以产生三维结构的高分辨率元素映射。TU Graz所在的电子显微镜和纳米分析研究所分析透射电子显微镜工作小组负责人科斯莱特纳(Gerald Kothleitner)说，由此得出的断层分析结果提供了一幅图像，但令人惊讶的是，这幅图像无法根据之前的知识水平进行解释。我们在生成的核壳结构中发现了异常。一方面，我们在纳米沉淀物中发现了比我们预想的更多的铝。“另一方面，我们发现了一个富含锆石的岩心，以及岩心和外壳之间的边界地带，其组成和晶体结构近乎完美。”
量子力学和蒙特卡罗方法提供了答案
为了追踪这种自我组织的现象，来自电子显微镜和纳米分析研究所(FELMI)和材料科学研究所(IMAT)的研究人员转而依靠量子力学计算和模拟。研究发现，该系统分离并形成原子狭窄的通道，在其中外来原子可以扩散。原子彼此相遇会阻断这些通道并稳定系统。博士生Angelina Orthacker的论文是由奥地利合作研究(ACR)资助的，他们对原子的运动进行了图解式解释:“扩散过程可以与交通繁忙的城市地区形成紧急走廊相提并论。”为了让紧急救援车辆能够自由通行，交通在一瞬间就组织好了。但只需几辆汽车就能阻断紧急通道，从而使其无法工作。“这与铝合金内部的行为完全相同。”“紧急通道”促进钪和锆石原子的物质传递，甚至轻微的扰动都会阻止这种传递反应。研究小组推测，关于这些扩散过程的新发现也在其他多组分合金中发挥作用。它们的属性现在可以调整得更多。
——文章发布于2018年11月13日
