GPa级铝合金凝固组织控制及微纳多相协同强化机理

This project is plan to produce GPa level ultra high strength aluminum alloy by combining the method of the introduction of in-situ large volume fraction sub-micron TiB2 particles in Al-10Zn-2.0Mg-1.2Cu-0.12Zr-0.06Er and the rapid solidification method to prepare TiB2 particle reinforced Al-Zn-Mg-Cu thin belt. After cold pressing and extrusion of the alloy, precise heat treatment is carried out to realize the forming of the material. Through the synergy of ultrafine grain from rapid solidification, sub-micron high modulus TiB2 particles and matrix nano precipitated phase to obtain a GPa level ultra strength new TiB2 particle reinforced Al-Zn-Mg-Cu alloy. Explore the rapid solidification behavior and extrusion deformation behavior mechanism and heat treatment technology and strong of the alloy. And clear the multiscale and multiphase synergistic mechanism of fine-grain strengthening, submicron TiB2 particles strengthening and aging precipitation strengthening. Finally, to provide experimental foundation and theoretical basis of the road of aluminum instead of steel.

本项目以具有自主知识产权的Al-10Zn-2.0Mg-1.2Cu-0.12Zr-0.06Er为基础，通过内生方法向合金中引入大体积分数的亚微米级TiB2颗粒，并采用快速凝固方式制备TiB2颗粒增强Al-Zn-Mg-Cu薄带。对合金薄带进行冷压成型及热力挤压变形后，进行精确热处理，实现材料成形成性。通过快速凝固的超细晶粒、亚微米级高模量TiB2颗粒和基体纳米析出相的协同作用共同提升合金强度和模量，以获得GPa级超高强的新型TiB2颗粒增强Al-Zn-Mg-Cu合金，研究TiB2增强Al-Zn-Mg-Cu合金制备及快速凝固行为、塑性变形行为、精确热处理技术及强韧化机制，明确细晶强化、亚微米TiB2颗粒强化和时效析出强化三种强韧方式的协同作用机制，为超高强铝合金以铝带钢之路提供实验基础和理论依据。

超高强铝合金是空天军工重要的轻质结构材料，其强韧化是飞行器减提速与提高荷载的前提，具有高比强度、高屈服比、易加工成形和较高的韧性等优点。而1GPa级别铝合金是超高强铝合金研究亟需突破的难关。本项目以具有自主知识产权的 Al 11Zn 2.0Mg 1.2Cu 0.12Zr 0.2Sc (wt.%) 合金为基础，通过内生方法向合金中引入微纳级别的TiB2颗粒，并采用快速凝固方式制备TiB2颗粒增强Al-Zn-Mg-Cu合金薄带。对合金薄带进行高压扭转大变形后，促使合金晶粒进一步细化，得到纳米晶或纳米结构组织，实现复合材料成形成性。主要研究TiB2增强Al-Zn-Mg-Cu合金制备及快速凝固行为、 高速万能粉碎与放电等离子烧结过程中对TiB2 颗粒分布 、第二 强化相析出 及快速凝固+高压扭转后显微组织与力学性能的演变规律及强韧化机制，获得了1GPa级别的超高强新型TiB2颗粒增强Al-Zn-Mg-Cu合金。最后，明确指出TiB2增强Al-Zn-Mg-Cu合金中细晶强化、微纳米TiB2颗粒强化和析出相强化等强韧化方式的协同作用，为超高强铝合金以铝带钢之路提供实验基础和理论依据。