σ耐热强化相析出控制机理研究

伴随着新一代航空航天飞行器的迅猛发展，对Al-Cu-Mg系耐热铝合金的服役温度提出了更高的要求，急需研制出能够在200℃以上可使用的新型耐热铝合金材料，而具有优异高温稳定性的强化相的析出控制机理成为其面临的主要科学问题之一。近期研究发现，Al-Cu-Mg合金中添加微量的Si等元素可以得到新型的耐热相- - 方块状的σ相，该相具有非常出色的高温稳定性，被称为一种很有发展潜力的新型耐热强化相。因此，本项目旨在通过系统分析研究Al-Cu-Mg合金中σ耐热强化相的时效析出行为特征，建立σ相析出的热力学判据和动力学模型，确定Si元素及合金成分配比、时效工艺对σ相形核和长大的影响规律，探明σ相与其他析出相的竞争析出关系，掌握σ耐热强化相的时效析出控制机理和手段，为开发新型高性能Al-Cu-Mg耐热铝合金材料提供实验基础和理论依据。

伴随着新一代航空航天飞行器的迅猛发展，对Al-Cu-Mg系耐热铝合金的服役温度提出了更高的要求，急需研制出能够在200℃以上可使用的新型耐热铝合金材料，而具有优异高温稳定性的强化相的析出控制机理成为其面临的主要科学问题之一。近期研究发现，Al-Cu-Mg合金中添加微量的Si等元素可以得到新型的耐热相——方块状的σ相，该相具有非常出色的高温稳定性，被称为一种很有发展潜力的新型耐热强化相。因此，本项目旨在通过系统分析研究Al-Cu-Mg合金中σ耐热强化相的时效析出行为，确定Si元素及合金成分配比、时效工艺对σ相形核和长大的影响规律，探明σ相与其他析出相的竞争析出关系，掌握σ耐热强化相的时效析出控制机理和手段，为开发新型高性能Al-Cu-Mg耐热铝合金材料提供实验基础和理论依据。通过本项目研究，利用计算模拟，并结合大量的实验，揭示了元素Si对合金时效过程中微结构演变过程的影响规律，并以促进σ相析出为目标进行成分优化设计、确定了合金的成分控制范围；明确了Si含量、Mg/Si比和Cu/Mg比对Al-Cu-Mg-Si合金中σ相的时效析出行为起着决定性作用，时效工艺和预变形会显著影响Al-Cu-Mg-Si合金中σ相的析出行为，进行预变形引入位错促进了S´相的析出、抑制了σ相的析出；联合添加微量Ag元素，可以在合金中同时析出Ω相，σ相与其它相存在着竞争析出的关系。σ相时效析出的早期形貌是尺寸为2nm左右的原子团簇，σ相与基体一直保持共格的关系，在300℃时仍具有较强的抗粗化长大能力。提出了精确控制σ相析出、使σ 相在合金基体中最大程度地弥散均匀析出的方法，相关研究结果也将有助于进一步丰富和深化对铝合金中强化相析出行为的认识。本项目已公开发表相关学术论文14篇，其中SCI/EI收录8篇；申请国内发明专利2项，获国内实用新型专利授权1项；培养了研究生2人；参加国际国内重要学术会议5人次，做相关学术报告2次。