东北大学材料科学与工程学院周登山、张德良、秦高梧教授团队在Al-Mg-Zn基交叉铝合金的非稳态塑性变形研究方面取得重要进展，相关研究结果以"Interplay of dynamic strain aging and dynamic precipitation in the Portevin-Le Chatelier effect in an Al-Mg-Zn-based crossover aluminum alloy"为题，发表在材料领域权威期刊《Acta Materialia》上。论文第一作者为博士研究生张修臻，通讯作者为周登山教授。论文合作者包括德国马普可持续材料研究所李跃博士、魏绍楼博士和Dierk Raabe教授、上海交通大学杨超助理教授，以及日本J-PARC中心龚武博士和Stefanus Harjo博士等。
长期以来，材料学界普遍认为刃位错-溶质原子交互作用主导动态应变时效（DSA）及Portevin-Le Chatelier（PLC）效应。团队对高溶质Al-Mg-Zn基交叉铝合金的最新研究发现，其塑性变形实际由螺位错主导，打破了这一传统认知。
本研究以高Mg含量Al-Mg-Zn基交叉固溶合金为模型材料，结合室温拉伸评价（应变速率：0.00005-0.1 s-1）、高能XRD线形分析、TEM弱束暗场成像与3DAPT实验，发现螺位错主导塑性变形，并与溶质协同控制锯齿流变波形。变形初期螺位错占比超60%（图1），此后随应变增加逐渐降低，这与经典的刃位错认知形成鲜明对比。研究进一步揭示：高应变速率下（0.1 s⁻¹），螺位错发生频繁的局部交滑移并形成微观滑移带，引发A型锯齿；低应变速率下（0.0001 s⁻¹），DSA辅助Mg-Zn团簇动态析出，溶质团簇通过与滑移螺位错发生强相互作用抑制交滑移，进而促使位错形成Taylor晶格，最终引发C型锯齿（见图2）。
图1 不同应变速率下螺位错占比及q值随应变的变化关系图
图2 A型与C型锯齿下的位错结构及其位错-溶质交互作用示意图
考虑到经典流变应力模型仅关注位错与溶质原子间的交互作用，团队基于DSA对可动位错与林位错的同步强化效应，发展了新的流变应力本构模型。
与传统模型相比，团队发展的新模型在0.00005-0.1 s-1宽应变速率范围内更好地预测了合金的流变行为，如图3所示。
图3 理论预测不同拉伸应变速率下DSA型Al-Mg-Zn基交叉铝合金的流变曲线
本研究结果不仅推动了学界对高浓度固溶体合金非稳态塑性变形的理解，也为其流变行为的理论建模提供了基础实验数据。
