探索铝合金准晶体：金相学与高分辨率技术的结合

来自 实验室仪器网

新的研究概述了金相技术如何推进铝合金中准晶体的检测，比以往任何时候都更多地揭示了其结构、性能和工业潜力。

最近发表在《材料》上的一篇综述评估了用于识别铝（Al）合金中准晶体的一系列金相方法。这些复杂的结构违背了传统的晶体学原理，继续推动更精细的分析工具的发展。

该综述评估了传统方法与新兴的高分辨率技术，并提出了定位和表征准晶相的实用策略。它还展示了金相学如何通过实现大面积分析来补充透射电子显微镜（TEM）等工具，这在处理各种粒径时特别有用。

金相学仍然是研究金属和合金微观结构的基石。样品制备、光学显微镜和化学蚀刻等经典技术长期以来一直用于材料开发和质量保证。就铝合金而言，这些方法继续为结构特征提供有价值的见解。

准晶体首先在熔融纺压铝合金中被发现，表现出没有平移对称性的长距离取向有序。它们不寻常的对称性（包括二十面体和十边形形式）和从纳米到毫米的广泛尺寸范围使得仅用传统工具很难检测到它们。

然而，它们的存在具有重大意义：含有准晶体的铝基合金表现出低导热性和导电性、减少的摩擦、耐腐蚀性和与不锈钢相当的硬度水平。因此，准确检测这些相对于基础研究和潜在应用至关重要。

初始检测通常从光学显微镜、化学蚀刻和扫描电子显微镜（SEM）等二维方法开始。这些工具可以根据特征旋转对称性（5倍、8倍、10倍或12倍）识别大约20nm至5μm的颗粒，从而区分准晶体和周期性结构。

化学蚀刻在揭示结构对比度方面起着核心作用。例如，在熔纺铝带中，蚀刻揭示了准晶粒子，而SEM反向散射电子成像则根据原子序数对比度突出相位差。

对于三维分析，深度蚀刻技术允许研究人员在不改变准晶形态的情况下暴露内部网络。通过选择选择性去除Al基体的蚀刻剂可以获得最佳结果。例如，碘-甲醇对Al-Mn-Be合金有效，可在3D中揭示精细的共晶准晶网络。

颗粒提取是另一种有价值的方法。通过完全溶解周围的基质，研究人员可以分离准晶体进行高分辨率分析，而不会发生结构失真。

一旦分离或深度蚀刻，就可以使用电子背散射衍射（EBSD）、原子探针断层扫描（APT）和聚焦离子束SEM（FIB/SEM）等先进技术来检查准晶体。EBSD为大于100nm的颗粒提供晶体学和几何数据，而APT可以解析低至0.3nm的特征，从而提供了可视化纳米级准晶簇的途径。

尽管有这些能力，但它们的分析仍存在局限性。识别小于100nm的准晶体、优化纳米级结构的蚀刻以及使用多相合金需要进一步改进当前方法。

该综述探讨了弥合这一差距的混合方法。一个例子是FIB制备的薄片的SEM成像与透射菊池衍射相结合，可以对小至10nm的颗粒进行详细分析。新兴的3D重建技术，如显微计算机断层扫描（micro-CT）、通过FIB/SEM的连续切片和APT，也在帮助研究人员在多个尺度上研究准晶体的形成、成核和生长。

该综述为将金相工具应用于铝合金的准晶分析提供了详细的路线图。将经典制备技术与现代成像方法和3D分析相结合，可以使研究人员建立对准晶结构的多尺度理解，从体形态到原子级特征。

未来的工作应集中在完善预测蚀刻模型，将准晶数据纳入EBSD数据库以进行自动相位识别，并扩大3D表征工具的使用，将微观结构与形成机制联系起来。随着这些方法的不断发展，金相学仍然是推进基础准晶研究和高性能铝合金开发的核心。

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