原位铝基纳米复合材料的高应变速率超塑变形规律及机制

本项目提出原位铝基纳米复合材料的高应变速率超塑变形规律和机制研究。具体通过①研究声磁场下合成块体铝基纳米复合材料的高速超塑性变形规律；②开发具有优异的高速超塑性的原位铝基纳米复合新材料；③研究高速超塑变形前后铝基纳米复合材料的组织变化规律与性能；④研究原位铝基纳米复合材料的高速超塑变形机制。拟解决三个关键科学问题：①纳米增强体、基体、变形条件三者耦合作用问题；②纳米颗粒的团聚和长大控制问题；③变形前后组织变化对铝基原位纳米复合材料性能的影响问题。预期获得1套原位铝基纳米复合材料高速超塑变形的规律，并拥有自主知识产权；同时，开发具有高速超塑性的新型原位铝基纳米复合材料1～2种，建立原位铝基纳米复合材料高速超塑性变形的动力学模型和机制。上述研究将为原位铝基纳米复合材料的近终形成型应用提供理论基础，并为其他金属基原位纳米复合材料提供借鉴，不仅具有重要的学术理论意义，而且具有巨大的工程应用潜力。

原位颗粒增强铝基复合材料尤其是原位铝基纳米复合材料，以其低的密度、高的比强度、高比模量、良好的耐磨性以及制备成本低等特点，在航空、航天、国防和先进制造业等高技术领域展现出了广阔的应用前景。然而，由于具有高硬度的原位合成纳米增强体分布于软的基体铝合金上，使得其塑性成形加工性变差，特别是其形状复杂的构件难以成形加工，这在很大程度上限制了它的应用和发展。高应变速率超塑性（> 10-2s-1）是近年来既解决铝基复合材料因塑性差而难以成形加工，又克服传统超塑性成形中因应变速率低( < 10-3s-1) 而生产率低这一缺点的最佳捷径，并成为铝基复合材料和先进制造技术交叉的高科技前沿领域中的研究热点。.本项目“原位铝基纳米复合材料的高应变速率超塑变形规律及机制（编号：51174098）”，基于Al-Zr-B-X新型反应体系成功开发了2种高性能原位铝基纳米复合材料（ZrB2/Al和Al2O3/Al），探讨了增强体类型、含量以及基体成分对所制备的原位铝基纳米复合材料高应变速率超塑性的影响规律，尤其是变形预处理对制备原位铝基复合材料高应变超塑性的影响规律，发明了1套实现原位铝基纳米复合材料高应变速率超塑性的预处理方法。研究了原位铝基复合材料在不同温度和应变速率下的真应力—真应变曲线图、应变速率敏感指数、变形激活能等特征，探索了变形温度和应变速率等因素对复合材料超塑性的影响规律；研究了变形前后纳米颗粒的尺寸和分布、增强体颗粒/基体界面空洞的生成与扩展等变化规律；建立了Al-Zr-B-X体系原位铝基纳米复合材料的“晶粒转动+微量液相”协调的超塑变形模型，为原位铝基纳米复合材料的高应变速率超塑性成形应用提供理论和技术支持。在上述研究的基础上，申请PCT国际专利1项、国家发明专利13项，其中授权国家发明专利11项；在国内外核心以上学术刊物上发表学术论文22篇以上，其中SCI论文11篇，影响因子2.0以上5篇，EI收录11篇，参加国际学术会议3次，培养博士生2名、硕士生8名，制定相关国家标准1个，获得中国产学研合作创新成果奖一项。圆满完成、并部分超额完成了预期的研究目标。