《表5 预时效后自然时效过程中不含Zn和含Zn合金中原子团簇的尺寸、Mg/Si原子比变化以及含Zn合金中原子团簇Mg/Zn原子比变化》

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《Zn添加对预时效态Al-Mg-Si-Cu合金自然时效和烘烤硬化性的影响》

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预时效态不含Zn和含Zn合金在自然时效过程中，原子团簇开始长大，原子团簇尺寸增加，而且含Zn合金中原子团簇尺寸的增加比不含Zn合金更显著（如表5所示）。伴随着合金中原子团簇的生长，溶质原子逐渐从基体扩散到原子团簇中（如图7所示）。Mg原子半径比Al原子半径大15%，Si和Cu的原子半径分别比Al原子小6%和15%，Cu原子“并入”原子团簇中可降低由原子尺寸差异造成的应变能[33，34]。相似地，Zn原子半径比Al原子小3%[33]，Zn原子参与到原子团簇的生长，也能起到降低原子团簇应变能的作用。自然时效2 d，扩散到原子团簇中的Mg原子分数大于Si原子分数，但这种差别随着自然时效时间延长到120 d而减小（如图7所示）。与此对应的是，原子团簇的Mg/Si原子比随着自然时效时间的延长而降低（如表5所示）。Si原子与空位的结合能力强于Mg原子，而且Si原子扩散能力也比Mg原子强，在室温下Si原子的扩散速率是Mg原子的3倍[13]。所以，在自然时效条件下Si原子可以更快参与到原子团簇的生长，原子团簇的Mg/Si原子比随着自然时效时间的延长而降低。但是，在含Zn合金中，原子团簇中的Mg/Si原子比始终高于不含Zn合金，而且Mg/Zn原子比也随着自然时效时间的延长而降低，这说明Zn原子可以占据原子团簇中Si原子的位置。自然时效形成的原子团簇中近邻Si原子之间为结合力强的离子键，原子团簇包含的Si原子数多，Mg/Si原子比低，则原子团簇在时效过程中既不容易回溶也不容易生长[15，35，36]。Zn原子占据了原子团簇中Si原子位置，使得含Zn合金原子团簇中Mg/Si原子比高于不含Zn合金。因此，Zn原子改善了原子团簇的稳定性，导致预时效态含Zn合金在自然时效过程中原子团簇生长更快。