在颗粒增强铝基复合股猜中，纳米颗粒可以显著提高基体合金的强度，乃至改进其塑性。然而，当颗粒含量较高时，如何均匀分散纳米颗粒仍旧是此领域中的难题之一。大量事情表明大塑性变形可以改进颗粒分散，并且纳米颗粒可以有效地细化铝合金晶粒构造并对析出相产生细化浸染，为利用纳米颗粒的分散来设计新型微不雅观异质构造并改进铝合金基体的机器性能供应了新思路。
近期，吉林大学姜启川教授（通讯作者），赵庆龙副教授（通讯作者）等通过中间合金铸造法和累积叠轧工艺成功的在铝合金中制备了新型的异质分层构造。与传统的叠轧纳米颗粒增强Al-Mg-Si复合股料比较，复合叠轧的Al-Mg-Si合金/纳米复合股料同时提高了基体铝合金的强度与塑性。干系成果以“Simultaneouslyincreased strength and ductility via the hierarchically heterogeneous structureof Al-Mg-Si alloys/nanocomposite”为题揭橥在Materials Research Letters，该论文第一作者为博士生庚润。
论文链接：
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2020.1744759
作者以Al-Mg-Si合金为基体合金，通过中间合金铸造法将原位合成的纳米TiC颗粒加入到基体合金中。随后，将基体合金的冷轧板材与纳米TiC颗粒增强复合股料冷轧板材进行复合累积叠轧。终极得到了具有32层的复合叠轧板材，形成多层异质构造。基体层与复合股料层形成双尺寸晶粒构造，同时，基体层析出相尺寸要大于复合股料层的析出相尺寸。
图1 复合叠轧板材EBSD组织图及EDS图；颗粒富集区（PRZ）；颗粒分散区（PDZ）
图2 复合叠轧板材颗粒分散区TEM组织不雅观察及析出相尺寸统计
图3 复合叠轧板材颗粒富集区，近颗粒区域及远颗粒区域TEM组织不雅观察及析出相尺寸统计
室温拉伸结果表明，复合叠轧得板材具有最高的拉伸强度，并且与传统累积叠轧的复合股料比较，强度和塑性同时得到了提升。与叠轧的TiCp/Al-Mg-Si复合股料比较，Al-Mg-Si合金/纳米复合股料的屈从强度由380 MPa增加至443 MPa，均匀伸长率由5.0％增加至6.4％。通过剖析表明，复合叠轧的材料中，由于基体层的引入，使得不同层具有不同的强塑性。由于变形能力不同，会引入额外的剪切力，更加有利于纳米颗粒的定向分散。附件针对拉伸强度的各向异性征象建立了模型，该模型适用于具有类似构造的纳米颗粒增强铝基复合股料。
终极，具有层状分布的TiC纳米颗粒（TiCp），双峰尺寸的晶粒和析出相的新型异质构造供应了较高的强度，并改进了由于颗粒难分散问题产生塑性降落问题。本文对开拓和研究利用纳米颗粒设计和制备异质构造供应了新的技能路子。
图4 MTS拉伸曲线
图5 (a), (b)传统叠轧的复合股猜中的纳米颗粒分散情形；(c), (d)复合叠轧的材料中纳米颗粒分散情形
图6 额外引入剪切力示意图
图7 新型异质分层构造示意图
总的来说，本文提出了一种新颖的方法来设计和制造一种多层陶瓷颗粒强韧复合构型，从而同时提高铝合金的强塑性，通过累积叠轧成功地在Al-Mg-Si基体合金与TiCp/Al-Mg-Si复合股料的叠层复合股猜中，得到了具有层状分布的TiC纳米颗粒、双峰尺寸的晶粒和析出相。
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