纯铝具有较低的抗拉强度，但与铜等其他元素合金化后，能够通过第二相强化提高强度，这是增强铝合金最有效的机制。铝合金的强度归因于析出第二相形成分布均匀、密度高的小纳米尺寸颗粒，这通常需要在一定温度下(120-200℃)时效。铝及其合金系列AA-2xxx (Al-Cu)或AA-6xxx (Al-Mg-Si)中添加100ppm(微合金化)的微量元素是优化材料力学性能的标准工艺，通过有利地影响动力学，从而优化析出过程。这导致硬度峰值增加。目前，普遍认为在室温(RT)条件下空位与In、Sn或Cd等溶质原子强烈结合，形成稳定的空位-溶质原子复合体。通常在150℃左右保持热稳定，因此它们阻碍空位的迁移，并将析出相的形成转移到一个更有利的温度范围。然而复合体的确切几何形状和组成机理至今还不得而知。在含有低浓度微量元素的Al-Cu和Al-Mg-Si合金中，改进的脱溶过程是建立在原子相互作用的基础上，目前对该方向的机制只有浅显的认识。
来自德国马丁路德·哈勒维腾贝格大学的研究人员利用正电子湮没技术和多普勒展宽光谱仪分析了在含有50和250 ppm In/Sn的Al合金中空位-溶质-原子相互作用的热演化过程。对固溶热处理后的试样进行等时退火，研究了缺陷的热演化过程，用等温退火实验测定了两种合金中空位-溶质复合体的结合能。相关论文以题为“On the interaction of solute atoms with vacancies in diluted Al-alloys: A paradigmatic experimental and ab-initio study on indium and tin”发表在Acta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117228
本文合金经熔铸后，在氩气氛围下进行500℃×4h均匀化处理，在320-620℃内固溶处理2h(0℃冰水中淬火)，淬火后暴露在室温2min，在小于337℃的温度范围内进行原位等时退火。
研究发现在固溶热处理过程中，几乎所有的热空位(V)都是自由的，它们不断地与固溶体中的In或Sn原子结合或分离。稳定的空位-In/Sn复合体应该在快速冷却的过程中形成。在冷却空位的过程中形成V-In/V-Sn对；也有一些空位相互相遇聚集形成空位团簇。在淬火状态下，Al-In和Al-Sn合金中观察到的大多数缺陷是附在溶质原子上的空位(V-In/V-Sn对)。在快速冷却过程中形成的更小、不稳定的空位团簇在高达130℃的温度范围内退火，而空位-溶质-原子对在150℃左右是热稳定的。进一步提高退火温度导致空位-溶质复合物解离。通过等温退火，实验测定了In和Sn溶质原子上的空位结合能分别为(0.20±0.03)eV和(0.32±0.10)eV，得到了更大、更稳定的空位团簇，最终在300℃退火。因此在Al合金中加入In或Sn，可以保存淬火后的空位，抑制GP-I和GP-Ⅱ的形成，然后在一定温度下释放它们，增强Cu原子的扩散。
图1 不同温度处理后的平均正电子寿命
图2 寿命光谱分析结果
图3 空位-溶质原子复合物的几何示意图
图4Al-0.025at.%的CDBS比值曲线
本文研究了铝微合金(50和250 ppm)中空位和溶质原子之间的相互作用。空位与In或Sn溶质原子之间存在显著的吸引相互作用，并计算了精确的空位溶质原子结合能。通过直接识别所涉及的原子种类，降低了空位溶质-原子结合能数值的不确定性。本文为微合金化的现代合金设计奠定了理论基础。（文：破风）
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