高强铝合金中亚稳相的结构演化及强韧机理

The structural evolution of metastables (including nanocrystalline, quasicrystalline and amorphous states) is closely related to age- or deformation-induced strenghening and toughening in high-strength Al alloys.In this project, fracture behaviors in response to thermal aging and deformation-induced phase transition will firstly be carried out for two typical high-strength aluminum alloys, one is commercial high-strength Al-Li alloys, the other one is Al based metallic glasses. Solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy will then primarily be employed to investigate the structural evolution of metastable phases induced either by isothermal aging or plastic strain in such two types of high-strength Al alloys. Finally, the microscopic strenghening or toughening mechanisms in aluminum alloys will be explored and discussed in general.

高强铝合金的时效或形变诱导相变强韧化都与亚稳相（包括纳米晶、准晶或非晶）结构及其演化紧密相关。本研究针对两类代表性高强铝合金，一是商用高强铝锂合金，二是铝基非晶合金，首先研究其在等温时效或形变诱导相变条件下的断裂行为，接下来使用固体核磁共振波谱技术开展铝合金中亚稳相结构及演化的测量，并探讨铝合金强韧化机理。

本项目利用固体核磁共振（NMR）手段研究了铝合金等轻质合金增强相中的金属间化合物中的原子占位和电子性能，所取得的主要研究结果为：（1）创新性地提出了合金本征强韧性的电子结构判据。合金费米能级附近s分波电子态密度越高，电子密度分布越均匀，则合金的本征韧性就越高。该结论在不同类型合金包括非晶合金体系上得到了验证，该结论有助于深入理解合金中的化学键共价作用，并为设计本征强韧性合金材料提供了结构理论依据；（2）在充分理解化学键共价作用与磁交换作用协同调控的理论基础上，通过dd轨道杂化取代pd杂化，设计并开发出了一类具有强韧性的磁相变合金材料，成功突破了磁驱动形状记忆合金应用脆性这一瓶颈因素；（3）结合第一性原理计算，利用NMR发现了一类具有拓扑非平庸电子态的金属间化合物材料，针对这类材料中电子强自旋轨道耦合带来的附加原子核电磁屏蔽首次给出理论解释；（4）自行搭建了一套电磁冲击装置，利用交流锁相技术解决了强电磁干扰，并在此基础上开展了电磁冲击加载条件下的应变测量和动态裂纹扩展行为研究, 这方面的研究国内外报道很少。研究结果发表在《2D materials》、《Appl Phys Lett》等国际学术期刊上，发表相关SCI论文11篇。