这篇文档属于类型a，是一篇关于高Zn/Mg比Al-Zn-Mg合金在含铜与不含铜条件下时效硬化与析出行为的原创研究论文。以下是针对该研究的学术报告：

作者及发表信息

本研究由Mengchu Yang（第一作者，中南大学材料科学与工程学院）、Shijia Wang（西安交通大学材料强度国家重点实验室）、Mengchao Zhang（上海大学材料科学与工程学院）、Shengdan Liu（通讯作者，中南大学）及Lingying Ye（中南大学）合作完成，发表于Journal of Alloys and Compounds（2025年，卷1022，文章编号180017）。研究得到湖南省自然科学基金（2024JJ5424）和云南省科技厅重点项目（202302AB080024）的资助。

学术背景

研究领域：材料科学中的铝合金强化机制，聚焦高Zn/Mg比Al-Zn-Mg(-Cu)合金的时效硬化与析出行为。
研究动机：Al-Zn-Mg-Cu合金因高强度与轻量化广泛应用于航空航天领域，但高Zn/Mg比合金的析出动力学受Cu影响机制尚不明确。既往研究多关注析出相尺寸与数量密度，而忽略化学成分与结构的协同作用。
科学问题：Cu如何通过改变析出序列、化学组成及界面结构影响合金的强化效果？
研究目标：通过对比含1% Cu与不含Cu的Al-9.0Zn-1.5Mg合金，揭示Cu对析出行为的影响机制，为高Zn/Mg比合金设计提供理论依据。

研究流程与方法

1. 材料制备与热处理

• 研究对象：两种热轧板材（厚度3.5 mm）：
  
  • 0Cu合金：Al-9.0Zn-1.5Mg（wt%）
    
  • 1Cu合金：Al-9.0Zn-1.5Mg-1.0Cu（wt%）
    
• 热处理：470℃固溶1小时→水淬→120℃油浴时效（5分钟至2880分钟）。
  

2. 实验方法

• 硬度测试：维氏硬度计（载荷0.5 kg，保载10秒），时效过程中多点测量。
  
• 小角X射线散射（SAXS）：上海同步辐射光源BL16B1线站，原位与非原位结合，分析析出相尺寸（Guinier半径）与体积分数。
  
• 原子探针断层扫描（APT）：LEAP 4000X HR设备，采用最大分离法（dmax=0.4 nm, nmin=2）统计团簇与析出相成分。
  
• 高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）：FEI Themis Z TEM（200 kV），解析析出相原子结构。
  

3. 数据分析

• SAXS数据：通过Kratky图（Iq² vs. q）识别析出相类型（GP区与η′相），计算Guinier半径（Rg=√3/qmax）。
  
• APT数据：IVAS 3.6软件分析团簇/析出相的成分、（Zn+Cu）/Mg比及数量密度。
  
• HAADF-STEM图像：通过FFT（快速傅里叶变换）与原子柱对比度确定析出相晶体结构。
  

主要结果

1. 时效硬化行为

• 硬度曲线：1Cu合金的初始硬度（75.0 HV）显著高于0Cu合金（62.0 HV），且时效全程保持更高值（峰值硬度188.5 HV vs. 156.0 HV）。
  
• 机制：Cu通过形成高密度含Cu团簇（如Zn-Cu、Zn-Mg-Cu）提升早期模量强化效应。
  

2. 析出序列与结构演化

• 0Cu合金：
  SSSS→Zn富集团簇→GP II区→η′亚稳相
  
  • GP II区：{111}Al面上无序Zn层（SAXS显示散射环呈多边形）。
    
  • η′相：厚度方向由Zn-Mg混合层构成（HAADF-STEM显示对称界面）。
    
• 1Cu合金：
  SSSS→Zn-Mg-(Cu)团簇→GPη′区→η′i→η′ii亚稳相
  
  • GPη′区：7原子层，双侧Zn(Cu)外层（HAADF-STEM显示暗-亮-暗对比）。
    
  • η′i→η′ii：通过添加3原子层（ROR⁻¹结构单元）实现厚度增长，界面保持对称。
    

3. 析出相化学组成

• Cu的抑制作用：APT显示1Cu合金中GPη′区的Zn/Mg比（1.66–2.10）低于0Cu合金的GP II区（2.44–2.19），且Cu抑制团簇粗化。
  
• 扩散控制：60分钟后，0Cu合金中Zn主导η′相生长，而1Cu合金中Mg扩散主导η′ii相形成，降低(Zn+Cu)/Mg比。
  

4. 析出动力学

• SAXS与APT统计：1Cu合金的析出相尺寸（Rg=1.9 nm）和数量密度（η′相0.2×10²⁴ m⁻³）均低于0Cu合金（Rg=2.2 nm，η′相0.6×10²⁴ m⁻³），但含Cu团簇密度更高（150×10²⁴ m⁻³ vs. 90×10²⁴ m⁻³）。
  

结论与价值

1. 科学价值：
   
   • 首次阐明高Zn/Mg比Al-Zn-Mg-Cu合金中Cu通过改变析出序列（GPη′→η′i→η′ii）与界面对称性影响强化。
     
   • 提出Cu通过结合Zn/Mg原子抑制团簇粗化，并通过调控Zn/Mg扩散路径优化析出相分布。
     
2. 应用价值：为高强铝合金的成分设计（如Cu添加量、Zn/Mg比）提供理论指导，尤其适用于低淬火敏感性的厚板与锻件开发。
   

研究亮点

1. 方法创新：结合SAXS、APT与HAADF-STEM，实现从宏观硬度到原子尺度析出结构的全链条解析。
   
2. 发现新颖性：
   
   • 鉴定出新型七层GPη′区与十层η′ii相，其双侧对称界面结构为首次报道。
     
   • 揭示Cu通过“扩散竞争”机制（Zn vs. Mg）调控析出相生长方向。
     
3. 工程意义：证实1% Cu添加可在不显著增加析出相尺寸的条件下，通过高密度团簇提升综合力学性能。
   

其他有价值内容

• 同步辐射技术应用：通过能量分辨SAXS（8800–9652 eV）定量析出相Zn含量，验证溶解-再析出动力学。
  
• 争议回应：驳斥了“Cu不参与析出”的传统观点，证明Cu在η′相核心富集（APT显示Cu含量达11 at%）。
  

（报告总字数：约1800字）