Highly stable coherent nanoprecipitates via diffusion-dominated solute uptake and interstitial ordering

材料科学 扩散 化学物理 相(物质) 溶解度 热稳定性 体积分数 热扩散率 极限抗拉强度 化学工程 热力学 冶金 复合材料 化学 物理化学 工程类 物理 有机化学
作者
H. Xue,Chong Yang,Frédéric De Geuser,Peng Zhang,Jinyu Zhang,Bin Chen,Fuzhu Liu,Yong Peng,Jianjun Bian,Gang Liu,A. Deschamps,Jun Sun
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:22 (4): 434-441 被引量:118
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01420-0
摘要

Lightweight design strategies and advanced energy applications call for high-strength Al alloys that can serve in the 300‒400 °C temperature range. However, the present commercial high-strength Al alloys are limited to low-temperature applications of less than ~150 °C, because it is challenging to achieve coherent nanoprecipitates with both high thermal stability (preferentially associated with slow-diffusing solutes) and large volume fraction (mostly derived from high-solubility and fast-diffusing solutes). Here we demonstrate an interstitial solute stabilizing strategy to produce high-density, highly stable coherent nanoprecipitates (termed the V phase) in Sc-added Al-Cu-Mg-Ag alloys, enabling the Al alloys to reach an unprecedented creep resistance as well as exceptional tensile strength (~100 MPa) at 400 °C. The formation of the V phase, assembling slow-diffusing Sc and fast-diffusing Cu atoms, is triggered by coherent ledge-aided in situ phase transformation, with diffusion-dominated Sc uptake and self-organization into the interstitial ordering of early-precipitated Ω phase. We envisage that the ledge-mediated interaction between slow- and fast-diffusing atoms may pave the way for the stabilization of coherent nanoprecipitates towards advanced 400 °C-level light alloys, which could be readily adapted to large-scale industrial production.
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