AlMgSiCu合金中复杂共生相的结构演变及其与性能的关系研究

6×××系（Al-Mg-Si-Cu）四元铝合金在汽车轻量化和航空领域有重要应用价值，而且尚有很大的开发潜力。但该合金系中强化相种类多，析出序列非常复杂，其析出相的演变规律自今尚未有统一结论。而且由于铝合金中析出相尺寸太小且嵌在铝基体中，其结构测定一直是难度较大的工作。我们采用定量高分辨电子显微术，出射波重构，高角度环形暗场技术和新一代球差矫正电镜技术，测定该类铝合金中析出相的结构和成分及其与铝基体的界面原子排布，进行基于密度泛函的第一原理计算深入探索其微观结构演变的规律。相关研究结果将加深人们在原子尺度、纳米尺度对Al-Mg-Si-Cu四元合金成分、结构、工艺及性能的理解，有利于从根本上设计合理的理化工艺,制备更高性能的材料。申请者具有良好的电子显微学方法与技术背景，在铝合金强化相的结构演变方面有较好研究基础，其在所在单位建成的原子像技术平台有望使申请项目取得较大成果。

Al-Mg-Si-Cu四元铝合金在汽车轻量化和航空领域有重要应用价值，而且尚有很大的开发潜力。但该合金系中强化相种类多，析出序列非常复杂，其析出相的演变规律至今尚未有统一结论。而且由于铝合金中析出相尺寸太小且嵌在铝基体中，其结构测定一直是难度较大的工作。课题组利用原子成像技术平台对Al-Mg-Si-Cu合金中强化相进行了深入的原子尺度表征，测定了目标合金中纳米析出相在各个热处理阶段的原子结构，并结合像模拟和第一原理计算分析了目标合金中主要强化相的早期结构及其演变机制，阐释了目标合金中GP区与主要强化相（如β"相和Q相）的结构演变关系；探明了目标合金中纳米析出相在多级热处理时不同阶段的演变规律，为理解和改进工业中应用的热加工工艺提供了科学基础；结合力学性能和腐蚀性能测试探明了主要合金元素对目标合金显微结构和性能的影响。基于以上实验观察和理论研究，探索了可以优化性能的铝合金热加工工艺，开发出提高变形铝合金强度并保持其塑性的热加工方法，该方法适宜大规模生产且成本低，对改善变形铝合金的力学性能并拓展其使用范围非常重要。另外，通过优化合金成分配比本课题组提出了一种新的用于制备汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金板材的成分范围(Mg/Si含量比1~2)，既提高了铝合金板材的加工成形性和烤漆后的强度，又保证了其使用过程中性能的稳定。上述基础问题的研究为多组元铝合金改性提供了新工艺路径和新思路，发展了实现高性能铝合金纳米尺度区域结构表征（测量）的新方法，有助于真正揭示纳米级析出相的结构与成分演化关系，有助于优化热处理工艺和开发高性能铝材进而增强我国高性能铝材研制的创新能力。