Al-Cu合金中納米層片結構的製備原理及其強化行為

《Al-Cu合金中納米層片結構的製備原理及其強化行為》是依託長沙理工大學，由劉小春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Al-Cu合金中納米層片結構的製備原理及其強化行為
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉小春
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

鋁合金強度低和結構穩定性（包括熱穩定性和機械穩定性）差是當前發展新型高強鋁合金，拓展其套用領域所面臨的兩大挑戰。基於前期工作中發現二維納米層片結構兼具超高硬度和高熱穩定性的現象，本項目擬選用具有高層錯能的Al-Cu單相合金為研究對象，通過在晶粒內引入高密度低能小角晶界，獲得穩定的納米層片結構，實現鋁合金的顯著強化。本項目通過對納米層片製備技術和原理的系統性研究，揭示納米層片結構形成的關鍵性參數及其結構演化的一般規律；通過對納米層片結構的定量化表征，闡明結構尺寸、界面取向差和顯微織構等參數與合金穩定性和強度的關係，進一步深入研究納米尺度平直界面對位錯運動的阻礙與互動作用，揭示納米層片結構的變形機制與強化行為。不同於鋁合金中常見的強化方式（合金化+時效處理），本項目基於納米尺度層片結構顯著的界面強化效應，提出一種新的設計理念，將為高強鋁合金的發展與套用研究提供新的途徑。

結題摘要

本項目著眼於鋁合金強度低和結構穩定性差等制約高性能鋁合金髮展的基礎科學問題，利用自主開發的低溫表面納米化技術，在純鋁和Al-Cu單相合金中引入低能界面，製備出穩定的納米層片結構，為基於納米尺度界面調控提高金屬材料性能提供了一種新的研究思路。所取得的主要研究結果為：（1）創新性地提出了利用低能小角晶界來穩定納米結構，在純鋁中製備出納米層片小角晶界結構，小角晶界比例高達65%，層片厚度為68nm，突破傳統晶粒細化極限，並提出了基於小角晶界結構細化與強化的一般規律；（2）自行搭建了一套超低溫大塑性變形裝置，利用高應變速率、大應變梯度的表面機械碾磨處理技術，在Al-Cu合金中製備出大角晶界主導的納米層片結構（尺寸為28 nm），其顯微硬度高達2.57 GPa。基於球差校正透射電子顯微學分析，首次發現超低溫塑性變形誘導溶質原子界面偏聚的效應，提出位錯滑移誘導溶質原子動態偏聚是一種穩定納米結構的新機制，為發展新型高強納米結構鋁合金開闢了一個新的途徑。這兩項研究成果均發表在《Acta Materialia》國際學術期刊上，申請發明專利1項。