东北大学材料学院在新型铝基复合材料研究方面取得重要进展

作者:通讯员 许存立编辑:刘颖慧 周洛琦来源:新闻网更新日期:2022-09-03浏览次数:42

近日,东北大学材料科学与工程学院科研团队在高Mg含量Al(Mg)合金基复合材料研究方面取得重要进展:在超细晶高Mg含量Al(Mg)-Al3Mg2复合材料的Al(Mg)基体中发现了高密度的堆垛层错。这一发现革新了铝合金因层错能高而难形成高密度堆垛层错的传统认知。相关研究成果以Stacking faults in a mechanically strong Al(Mg)–Al3Mg2 composite为题发表在Composites Part B: Engineering (Compos. B. Eng., 245 (2022) 110211)期刊上

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110211

普遍认为,在常规外加载荷作用下,低层错能面心立方金属(Ag = ~20 mJ/m2)可同时发生晶格位错滑移和变形孪生;而高层错面心立方金属(Al = ~166 mJ/m2)则只发生晶格位错滑移。合金化方法可大幅度降低金属材料的层错能,但对Al而言,材料的层错能对合金化效应并不敏感,通过合金化仅能有限地降低层错能,因此在传统粗晶(平均晶粒尺寸大于1微米)铝合金材料中,极少能观察到高密度堆垛层错。

以往有关金属基复合材料的研究表明:增强体与金属基体间的热膨胀系数存在差异,这种差异导致在快速冷却样品的异相界面处产生热应力,进而驱使界面向软相金属基体发射几何必须位错。另外,也有研究发现,当Al的晶粒尺寸低于临界尺寸值时,材料的塑性变形将发生由全位错主导向不全位错主导的转变。通过设计具有明显不同热膨胀系数的异质界面和利用塑性变形的晶粒尺寸效应,该研究成功地向超细晶Al(Mg)-Al3Mg2复合材料中引入了高密度的堆垛层错,如图1所示。基于第一性原理的计算显示,Al-Mg合金的本征层错能随温度的升高而显著降低,这可能是形成高密度堆垛层错的原因之一。此外,超细晶结构则可能是助力晶界/界面发射堆垛层错的第二个关键因素。该研究发现不仅拓宽了人们对铝基材料的晶格缺陷的认知,也为设计基于高密度堆垛层错强化的高强铝基材料提供重要理论依据。

1. 超细晶Al(Mg)-Al3Mg2复合材料中的高密度堆垛层错

论文的第一作者为张德良教授团队的周登山副教授,研究与南方科技大学逯文君教授和德国马普钢铁所Dierk Raabe教授合作完成。该研究得到了国家自然科学基金(基金号:51701036)和辽宁省兴辽人才计划(基金号:XLYC1802080)的项目支持,以及东北大学分析测试中心的帮助。

  • 图说东大
  • 通知公告
  • 媒体东大
返回原图
/