1、以Al-Si-Mg為基礎(chǔ)的鑄態(tài)合金材料是當(dāng)前汽車全鋁發(fā)動機的主要應(yīng)用材料，當(dāng)工作溫度達到200℃及以上時，合金中的Mg2Si強化相將逐漸失穩(wěn)，從而失去強化作用，導(dǎo)致合金材料的服役壽命縮短。探尋材料中高溫穩(wěn)定的析出強化相是解決上述問題的思路之一。大量研究表明，鋁合金中添加微量過渡元素可以形成高溫穩(wěn)定的Al3M（M=Zr，Sc，Hf，Ti……）強化相。在高Si含量的Al-Si-Mg-Hf-Y鋁合金中發(fā)現(xiàn)了一種新型高密度的Si2Hf納米帶析出

2、相，能有效提升合金的高溫性能。但是這種析出相的本征特征、形成機理、在基體的作用等還未有研究報告。深入系統(tǒng)研究這種Si-Hf相有助于為設(shè)計和開發(fā)汽車發(fā)動機用新型耐高溫鋁合金材料提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　　本論文以Al-Si-Mg鑄造合金中添加Hf元素作為研究對象，采用電子背散射衍射(EBSD)、聚焦離子束/電子束雙束系統(tǒng)(FIB/SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、高角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡

3、(HADDF-STEM)、能譜分析(EDS)等分析技術(shù)，結(jié)合第一性原理計算及近似重位點陣(NCS)理論分析，系統(tǒng)研究了Al-Si-Mg-Hf合金中Si-Hf析出相的析出行為、形成及生長機理、演變規(guī)律和取向關(guān)系等。得到如下主要結(jié)論：
　　① Al-Si-Mg-Hf合金經(jīng)過560℃+20小時熱處理后，合金中形成高密度不同形貌（納米帶狀、長方形、正方形）的析出相。首次結(jié)合EBSD和3D-FIB技術(shù)從三維角度更加真實和客觀地對合金中析出相

4、的分布及形貌進行表征，發(fā)現(xiàn)合金中納米帶狀析出相具有一定的取向性，結(jié)合矩陣計算，對納米帶狀Si2Hf析出相的長軸方向進行了計算，確定了納米帶狀析出相在Al基體中的7種生長方向，<412>,<654>,<414>,<110>,<221>,<021>,<001>。
　　②通過對Al-Si-Mg-Hf合金在560℃下進行短時（10，20分鐘）和長時（20小時）的熱處理后析出相的研究表明，熱處理10分鐘時，合金中還未有析出相形成，當(dāng)熱處理2

5、0分鐘后合金中形成大量具有立方L12結(jié)構(gòu)的Si3Hf相。利用第一性原理計算優(yōu)化了Si3Hf相結(jié)構(gòu)的晶胞參數(shù)為a=3.970，隨著熱處理時間的延長，Si3Hf相結(jié)構(gòu)中的Hf原子逐漸替代一對面心位置上的Si原子，形成正方結(jié)構(gòu)的Si2Hf2相，隨即轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡態(tài)的Si-Hf相，最終形成正交結(jié)構(gòu)的Si2Hf平衡相，其演變路徑為：Si3Hf→Si2Hf2→過渡態(tài)→Si2Hf。
　?、劢Y(jié)合HADDF-STEM原子分辨成像及高分辨能譜，對Al-S

6、i-Mg-Hf合金在560℃熱處理20小時后樣品中不同形貌的Si-Hf析出相原子結(jié)構(gòu)及組成做了進一步詳細(xì)的分析。發(fā)現(xiàn)Al-Si-Mg-Hf合金在560℃熱處理20小時后，長方形和正方形的Si2Hf析出相中，有部分Si原子會被Al原子替代，即主要為(Si2-xAlx)Hf相。而納米帶狀Si2Hf析出相中有少量或沒有Si原子被取代。通過第一性原理計算可得，Si2Hf單胞結(jié)構(gòu)中8個Si原子位置的Si6和Si8最容易被Al原子所替代。
　

7、?、軐l-Si-Mg-Hf合金560℃熱處理20小時后合金中的納米帶狀和矩形析出相與基體的取向關(guān)系進行了系統(tǒng)研究。
　　研究證實納米帶狀析出相與基體存在四種晶體學(xué)取向關(guān)系：
　　OR1：(100)Al//(010)p，(0-11)Al//(101)p，[011]Al//[-101]p；
　　OR2：(11-1)Al//(010)p，[011]Al//[-101]p；
　　OR3：(12-1)Al//(010)p

8、，(101)Al//(110)p，[1-1-1]Al//[001]p；
　　OR4：(-1-11)Al//(010)p，[112]Al//[-101]p。
　　這四種取向關(guān)系中納米帶狀析出相在Al基體中析出慣習(xí)面分別為：(100)Al、(11-1)Al、(12-1)Al和(-1-11)Al晶面，同時慣習(xí)面均平行納米帶狀析出相的(010)p晶面。
　　矩形狀析出相與基體也存在四種取向關(guān)系：
　　OR1：[112]A

9、l//[010]p，(11-1)Al與(200)p間的夾角約為3.21°；
　　OR2：[012]Al//[010]p，(200)Al//(002)p；
　　OR3：[-113]Al//[010]p，(2-42)Al與(20-2)p間的夾角大約為為6.77°；
　　OR4：[-113]Al//[3-1-3]p，(220)Al//(130)p。
　　前面三種矩形狀析出相的慣習(xí)面分別為(112)Al、(012)Al、

10、(-113)Al晶面，(010)p為矩形狀Si2Hf析出相自身的慣習(xí)面，第四種取向關(guān)系中，由于電子束入射方向并不垂直或平行于矩形狀析出相的側(cè)面，因此無法從取向關(guān)系四中判斷析出相的慣習(xí)面。
　?、堇肞TCLab軟件模擬了不同取向關(guān)系下原子的近似重位點陣密度分布，發(fā)現(xiàn)在四種納米帶狀析出相與基體的取向關(guān)系中，只存NCS密度分布最高點，表明納米帶狀析出相只沿著能量最低的慣習(xí)面在一維方向生長，形成在一維方向較長的帶狀形貌。而對于長方形和正