目前7xxx系鋁合金，尤其是7075鋁合金（AA7075）引起了相當(dāng)大的關(guān)注。主要是由于其在航空航天和汽車工業(yè)結(jié)構(gòu)部件中有著重要而不可替代的作用。但目前仍有一些長期存在的問題，比如晶粒及析出粗化、熱裂以及金屬間化合物和共晶相通常沿晶界分布等，阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。而合金組織在很大程度上決定了它的機(jī)械性能。為了優(yōu)化其性能，濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Min Zuo（第一作者）等人將TiC納米顆粒（NPs）的納米處理方法用于處理AA7075合金。通過該方法還研究了凝固速率的影響以及納米處理AA7075的微觀結(jié)構(gòu)控制機(jī)理。相關(guān)論文以題為“Microstructure Control and performance evolution of Aluminum Alloy 7075 by Nano-treating”發(fā)表在Scientific Reports。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41598-019-47182-9

在這項(xiàng)工作中，科研人員利用納米處理技術(shù)將其低百分比的納米粒子用于金屬或合金的微結(jié)構(gòu)控制和性能調(diào)整。具體制備方法主要通過熔鹽輔助加工法制備的母體納米復(fù)合材料引入到鋁基體中，發(fā)現(xiàn)主要以微米級團(tuán)簇的形式存在，放大后可以發(fā)現(xiàn)，TiC納米顆粒（NPs）在納米顆粒的富集區(qū)分布得十分均勻，進(jìn)一步提高了合金的納米處理效果。

另外科研人員還提供了傳統(tǒng)方法和納米處理的AA7075合金的凝固過程對比示意圖，通過采用TiC NPs的納米處理AA7075的固化工藝，納米處理的AA7075的微觀結(jié)構(gòu)得到了明顯變化。研究發(fā)現(xiàn)，隨著均勻分散的TiC納米顆粒（NPs）的存在，第二相漸漸沉淀，顯著改變了它們的外觀結(jié)構(gòu)。

隨著合金晶粒尺寸的細(xì)化和第二相的改性，多數(shù)枝晶轉(zhuǎn)化呈細(xì)小的等軸晶粒（小于20μm），并且連續(xù)層狀共晶相被優(yōu)化分離，并且發(fā)現(xiàn)納米顆粒作用可有效增加形核作用，降低過冷度，大大提高形核率。納米處理的AA7075的機(jī)械性能將得到明顯改善，從而高效地改善了力學(xué)熱穩(wěn)定性。

AA7075合金的凝固過程示意圖

這項(xiàng)新穎的納米處理方法推動(dòng)了鋁合金的微結(jié)構(gòu)控制和性能改進(jìn)。主要作用機(jī)理除了通過釘扎在晶粒邊界上的行為來限制生長的因素外，TiC納米顆粒（NPs）還可以用作有效的異相形核位點(diǎn)和優(yōu)良改性劑，以優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，從而改善AA7075的機(jī)械性能。盡管文章中主要是針對AA7075鋁合金，該方法有望在其他系鋁合金等其他商用金屬中得到運(yùn)用，這項(xiàng)技術(shù)如果得以推廣，將有利于大規(guī)模合金獲得性能優(yōu)化，尤其高標(biāo)準(zhǔn)、高性能及高要求性能的鋁合金。這種新穎的納米處理方法還有望為其他許多金屬或合金的微觀結(jié)構(gòu)控制和性能增強(qiáng)提供重要的新機(jī)會(huì)。