The Influence of High Temperature Heat Treatment on the Evolution of Surface Composition of Rapidly Solidified Foils of Al–Mg–Li–Sc–Zr Alloy

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The influence of high-temperature annealing on the composition of surface layers of rapidly solidified Al–Mg–Li–Sc–Zr alloy foils of 1421 grade obtained by centrifugal quenching from the melt has been studied when heated to 380°C in air depending on the holding time. Surface elemental mapping of the foils annealed for 1 h was carried out by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray microanalysis. The depth distribution of lithium after annealing the samples for 1, 2 and 8 h was studied by nuclear reaction analysis. After short-term annealing for 1 h, the formation of a gradient composition with an increased content of the main alloying elements in the surface layers of annealed foils was found. The thickness of the diffusion layer enriched with lithium is about 3.3 μm. In the 0.3 μm thick near-surface layer, the average lithium concentration is 30 at.%. In contrast to the contact surface, the non-monotonic character of the lithium concentration profiles of the foils near the free surface includes the presence of a sharp maximum at a depth of 0.3 μm: the lithium content increases from 20 at. % in the thin surface layer (0.1 μm) up to 40 at. %. During the annealing process, with increasing holding time, an intensive mass transfer of lithium atoms to the depth of the foils is observed. The thickness of the diffusion layer increases 4 times.

全文:

受限制的访问

作者简介

I. Stolyar

Belarusian State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: uyluana@gmail.com
白俄罗斯, Minsk

V. Shepelevich

Belarusian State University

Email: uyluana@gmail.com
白俄罗斯, Minsk

I. Tashlykova-Bushkevich

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics

Email: iya.itb@bsuir.by
白俄罗斯, Minsk

R. Wu

Harbin Engineering University

Email: uyluana@gmail.com
中国, Harbin

E. Wendler

Friedrich Schiller University

Email: uyluana@gmail.com
德国, Jena

参考

  1. Pinomaa T., Laukkanen A., Provatas N. // MRS Bull. 2020. V. 45. № 11. P. 910. https://doi.org/10.1557/mrs.2020.274
  2. Kurz W., Rappaz M., Trivedi R. // Int. Mater. Rev. 2020. V. 66. № 1. P. 30. https://doi.org/10.1080/09506608.2020.1757894
  3. Gu Y., He X., Han D. // Computational Mater. Sci. 2021. V. 199. P. 110812. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.110812
  4. Tsaknopoulos K., Walde C., Champagne Jr.V., Cote D. // JOM. 2019. V. 71. № 1. P. 435. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.09.017
  5. Маликов А.Г., Голышев А.А., Витошкин И.Е. // Прикладная механика и техническая физика. 2023. Т. 64. № 1. С. 36. https://doi.org/10.15372/PMTF202215159
  6. Wang Y., Zhang Z., Wu R., Sun J., Jiao Y., Hou L., Zhang J., Li X., Zhang M. // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 745. № 1. P. 411. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2019.01.011
  7. Андрюшкин А.Ю., Галинская О.О., Сигаев А.Б. // Балтийский государственный технический унивеситет. 2015. 104 с.
  8. Антипов В.В., Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б. // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 5. С. 183.
  9. Овсянников Б.В. // Технология легких сплавов. 2014. № 1. С. 97.
  10. Kuang Q., Wang R., Peng C., Cai Z. // J. Alloys Compd. 2021. V. 883. P. 160937. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160937
  11. Gancarz T., Dobosz A., Bogno P., Cempura G., Schell N., Chulist R., Henein H. // Materials Characterization. 2021. V. 178. P. 111290. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111290
  12. Степанова М.Г., Валяева В.И., Герчикова Н.С., Пархоменко Н.А. // Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов. 1983. № 7. С. 22.
  13. Бродова И.Г., Петрова А.Н., Ширинкина И.Г. // Известия РАН. Сер. физ. 2012. Т. 76. № 11. С. 1378.
  14. Furukawa M., Berbon P.B., Langdon T.G., Horita Z., Nemoto M., Tsenev N.K., Valiev R.Z. // Metall. Mater. Trans. A. 1998. V. 29. P. 169. https://doi.org/10.1007/s11661-998-0170-6
  15. Кайгородова Л.И., Распосиенко Д.Ю., Пушин В.Г., Пилюгин В.П., Смирнов С.В. // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. № 2. С. 169.
  16. Malikov A., Orishich A., Bulina N., Karpov E., Sharafutdinov M. // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 765. P. 138302. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138302
  17. Сивцова П.А., Шепелевич В.Г. Быстрозакаленные материалы и покрытия. // Сборник трудов 7-й Всероссийской с международным участием научно-технической конференции, Москва. 2008. С. 10.
  18. Шепелевич В.Г. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 1. Физика. Математика. Информатика. 2014. № 2. С. 13.
  19. Ценев Н.К., Перевезенцев В.Н., Щербань М.Ю., Ценев А.Н. // Журнал технической физики. 2010. Т. 80. № 6. С. 68.
  20. Нохрин А.В., Шадрина Я.С., Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Бобров А.А., Лихницкий К.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2022. № 1. С. 24.
  21. Шепелевич В.Г., Бушкевич И.А., Вендлер Э., Ташлыкова-Бушкевич И.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2019. № 6. С. 101. https://doi.org/10.1134/S020735281906012X
  22. Столяр И.А., Шепелевич В.Г., Wendler E., Ташлыкова-Бушкевич И.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2021. № 7. С. 96. https://doi.org/10.31857/S1028096021070190
  23. Столяр И.А., Шепелевич В.Г., Ташлыкова-Бушкевич И.И., Wendler E. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2023. № 2. С. 23. https://doi.org/10.31857/S1028096023020139
  24. Mayer M. SIMNRA, a simulation program for the analysis of NRA, RBS and ERDA. New York: American Institute of Physics, 1999. 541 p.
  25. Gurbich A.F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2010. V. 268. P. 1703. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.011
  26. Ташлыкова-Бушкевич И.И., Шепелевич В.Г., Столяр И.А., Романчук А.В., Япс А.Р. Быстрозакаленные материалы и покрытия. // Труды XVII Международной научно-технической конференции, Москва. 2020. С. 40.
  27. Вершинин Г.А. // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. №. 8-2 (39). С. 95.
  28. Ташлыкова-Бушкевич И.И., Яковенко Ю.С., Шепелевич В.Г., Ташлыков И.С. // Физика и химия обработки материалов. 2016. № 3. С. 65.
  29. Schoeberl T., Kumar S. // J. Alloy Compd. 1997. V. 255. P. 135. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(96)02818-6
  30. Soni K.K., Williams D.B., Newbury D.E., Gillen G., Chi P., Bright D.S. // Metall. Mater. Trans. A. 1993. V. 24. P. 2279. https://doi.org/10.1007/BF02648601
  31. Harvey J.-P., Singh S., Oishi K., Acheson B., Turcotte R., Pilon D., Lavoie J., Gange B. // Mater. Des. 2021. V. 198. P. 109293. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109293
  32. Елагин В.И., Захаров В.В., Павленко С.Г., Ростова Т.Д. // Физика металлов и металловедение. 1985. Т. 60. С. 97.
  33. Fuller C.B., Seidman D.N. // Acta Materialia. 2005. V. 53. P. 5415. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.08.015
  34. Wang Y., Zhang S., Wu R., Turakhodjaev N., Hou L., Zhang J., Betsofen S. // J. Mater. Sci. Technol. 2021. V. 61. P. 197. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.05.061
  35. Zhu Y., Zhou M., Geng Y., Zhang S., Xin T., Chen G., Zhou Y., Zhou X, Wu R., Shi Q. // J. Mater. Sci. Technol. 2024. V. 184. P. 245. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.10.019
  36. Дехтяр И.Я. // УФН. 1957. Т. 62. С. 99.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Image of the air-contacting surface of the fast-hardened foil of alloy 1421 annealed at 380°C for 1 h: SEM image obtained in the secondary electron detection mode of the foil section (a) and the corresponding PCMA map of the distribution of the main chemical elements on the surface (b), as well as the distribution of elements obtained in the characteristic X-ray emission of carbon (c), oxygen (d), magnesium (e), aluminium (f), zirconium (g) and scandium (h) atoms.

下载 (624KB)
索引源数据
3. Fig. 2. PCMA spectrum obtained for the foil section of alloy 1421 (imaged in Fig. 1a), with characteristic lines of chemical elements.

下载 (53KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Experimental spectra (dots) of protons with energy 1.4 MeV backscattered by a fast-hardened foil of alloy 1421 annealed at 380°C for 1 h: (a) - surface A; (b) - surface B. The solid grey line is the result of SIMNRA modelling. The kinematic boundaries and partial spectra of Li, C, O and Al series are shown.

下载 (173KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Experimental α-particle spectra from the 7Li(p, α)4He reaction for surfaces A (1) and B (2) of alloy 1421 foils annealed at 380°C for 1 (a); 2 (b); 8 h (c).

下载 (135KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Depth distribution of lithium atoms in the surface region A (a) and B (b) of alloy 1421 foils annealed at 380°C for 1 (1); 2 (2); 8 h (3).

下载 (136KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025