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Mg-Zn基合金是一类重要的析出强化镁合金。C14 MgZn2 Laves相、Mg4Zn7、β1’-MgZn和Mg21Zn25等二元析出相及Mg3Zn6Y三元准晶析出相都是Mg-Zn基合金中重要的析出强化相。镁合金中的析出相往往具有复杂的晶体结构,这使得利用透射电子显微技术分析它们的原子结构及其内部的缺陷具有一定难度,所以,迄今关于镁合金中析出相的研究仍存在不少争议和未解决的问题。随着球差校正电子显微技术的问世,分辨率达到亚埃,这为分析小尺度第二相的原子结构、内部缺陷及第二相的相变等提供了技术保障。本文利用亚埃分辨Z衬度成像技术,对Mg-3Zn(at.%)和Mg-3.6Zn-0.6Y(at.%)合金中几种典型的复杂结构第二相的结构和缺陷进行了系统的研究。这些研究结果对深入认识Mg-Zn基合金的显微结构与性能之间的关系,及合金性能优化等具有一定的参考意义。在共析相变形成的Mg21Zn25相内观察到三类{1150}畴界,它们将Mg21Zn25相分割成具有相同取向的纳米尺寸畴。相邻畴表层的Laves柱分别通过共享一个四棱柱,扁六棱柱或棱柱面,形成Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型畴界。Mg21Zn25相内的三类{1120}畴界均不能像其它晶体中的畴界那样,用平移矢量来描述畴之间的位向关系。我们引入“分离矢量”的概念来表征Mg21Zn25相内的三类{1120}畴界。Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型畴界的分离矢量分别是<0010>ac14、1/3<1120>ac14和2/3<1120>ac14,Ⅰ型畴界的分离矢量垂直于畴界,Ⅱ型和Ⅲ型畴界的分离矢量与畴界之间的夹角为60°。多个畴界相交形成交叉界,构成交叉界的所有畴界的分离矢量形成闭合回路。共析转变的相变前沿Zn原子富集,诱发Laves柱的过度长大,是在Mg21Zn25相内形成大量畴界的一个重要因素。在铸态Mg-3.6Zn-0.6Y合金中,除了晶界上粗大的Mg3Zn6Y准晶,Mg基体内还形成了纳米厚度、具有高热稳定性的基面片状MgYZn4析出相。通过原子分辨率三维重构确定了 MgYZn4的结构。MgYZn4具有正交结构,空间群是Pmnn(No.58),单胞参数a=5.30 A,b=9.49 A,c=8.60 A,α=β=γ=90°,Y和Mg原子有序占据4g位置。MgYZn4相经625K处理5小时或595K处理100小时后尺寸和晶体结构保持不变,显示出良好的热稳定性。第一性原理计算表明MgYZn优异的热稳定性源于Y元素能够降低MgYZ1n4相的形成能,增加原子间的键合强度。经625K时效10小时后,MgYZn4纳米厚度薄片部分转变成二十面体Mg3Zn6Y准晶。Mg基体、MgYZn4和Mg3Zn6Y准晶三者之间的取向关系为:[2110]α//[010]MgYZn4//2-FoldIQC,[0110]α//[100]MgYZn4//2-FoldIQC。利用原子分辨率Z衬度成像和高维超空间投影的方法解析了Mg-3.6Zn-0.6Y合金中Mg3Znn6Y二十面体准晶的三维原子结构。Mg3dn6Y二十面体准晶中Bergman团簇的每一壳层对应六维空间中一个周期性阵点。Mg3Zn6Y准晶中Bergman团簇的最外层是由20个Y原子和12个Mg原子构成的菱面三十面体,其中Y原子构成一个五角十二面体。铸态粗大准晶和退火析出的纳米准晶颗粒内都存在孪晶。孪晶面为Mg3Zn6Y准晶中的五重面,经过Bergman团簇最外层Y原子构成五角十二面体的一个面,孪晶面两侧的Bergman团簇通过共享这样的五边形结构相连。