一种新颖的纳米技术!改善铝合金组织性能

目前7xxx系铝合金,尤其是7075铝合金(AA7075)引起了相当大的关注。主要是由于其在航空航天和汽车工业结构部件中有着重要而不可替代的作用。但目前仍有一些长期存在的问题,比如晶粒及析出粗化、热裂以及金属间化合物和共晶相通常沿晶界分布等,阻碍了它们的广泛应用。而合金组织在很大程度上决定了它的机械性能。为了优化其性能,济南大学材料科学与工程学院Min Zuo(第一作者)等人将TiC纳米颗粒(NPs)的纳米处理方法用于处理AA7075合金。通过该方法还研究了凝固速率的影响以及纳米处理AA7075的微观结构控制机理。相关论文以题为“Microstructure Control and performance evolution of Aluminum Alloy 7075 by Nano-treating”发表在Scientific Reports。

论文链接:

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

一种新颖的纳米技术!改善铝合金组织性能

在这项工作中,科研人员利用纳米处理技术将其低百分比的纳米粒子用于金属或合金的微结构控制和性能调整。具体制备方法主要通过熔盐辅助加工法制备的母体纳米复合材料引入到铝基体中,发现主要以微米级团簇的形式存在,放大后可以发现,TiC纳米颗粒(NPs)在纳米颗粒的富集区分布得十分均匀,进一步提高了合金的纳米处理效果。

一种新颖的纳米技术!改善铝合金组织性能

另外科研人员还提供了传统方法和纳米处理的AA7075合金的凝固过程对比示意图,通过采用TiC NPs的纳米处理AA7075的固化工艺,纳米处理的AA7075的微观结构得到了明显变化。研究发现,随着均匀分散的TiC纳米颗粒(NPs)的存在,第二相渐渐沉淀,显著改变了它们的外观结构。

一种新颖的纳米技术!改善铝合金组织性能

随着合金晶粒尺寸的细化和第二相的改性,多数枝晶转化呈细小的等轴晶粒(小于20μm),并且连续层状共晶相被优化分离,并且发现纳米颗粒作用可有效增加形核作用,降低过冷度,大大提高形核率。纳米处理的AA7075的机械性能将得到明显改善,从而高效地改善了力学热稳定性。

一种新颖的纳米技术!改善铝合金组织性能

AA7075合金的凝固过程示意图

这项新颖的纳米处理方法推动了铝合金的微结构控制和性能改进。主要作用机理除了通过钉扎在晶粒边界上的行为来限制生长的因素外,TiC纳米颗粒(NPs)还可以用作有效的异相形核位点和优良改性剂,以优化微观结构,从而改善AA7075的机械性能。尽管文章中主要是针对AA7075铝合金,该方法有望在其他系铝合金等其他商用金属中得到运用,这项技术如果得以推广,将有利于大规模合金获得性能优化,尤其高标准、高性能及高要求性能的铝合金。这种新颖的纳米处理方法还有望为其他许多金属或合金的微观结构控制和性能增强提供重要的新机会。

来源:材料科学与工程公众号,作者:冯冯。

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