大塑性变形 (SPD) 铝合金中纳米尺度微观结构的形成机理及其对力学性能的影响

采用等通道角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)及ECAP＋HPT的大塑性变形工艺，制备出不同Mg、Si含量的铝合金超细晶/纳米晶材料，综合运用高分辨电镜等多种微观分析手段，系统研究不同工艺及不同铝合金从宏观到纳米尺度范围内组织结构的演变过程，重点分析纳米尺度全位错、不全位错、层错、孪晶、亚结构、析出相、晶界等纳米结构的变化规律及其交互作用机制，考察溶质原子和析出相在微观结构形成过程中的作用。在上述基础上，重点揭示铝合金大塑性变形过程中纳米结构的形成机理及其对力学性能的影响、合金元素和第二相与典型纳米结构的交互作用等关键科学问题。其研究成果对全面认识大塑性变形铝合金的晶粒细化机理、变形机理，有效控制铝合金块体纳米结构材料的组织和性能，推动我国高性能铝合金原创性成形技术的自主创新具有重要意义。

采用等通道转角挤压 (ECAP) 和高压扭转 (HPT) 制备出了不同Mg、Si含量的铝合金超细晶/纳米晶材料，认识了不同工艺及不同铝合金从宏观到纳米尺度范围内组织结构的演变过程，弄清了纳米尺度全位错、不全位错、层错、孪晶、亚结构、析出相、晶界等纳米结构的变化规律及其交互作用机制，阐明了溶质原子和析出相在微观结构形成过程中的作用，揭示了铝合金大塑性变形过程中纳米结构的形成机理及其对力学性能的影响等关键问题。主要进展和成果包括：(1) 提出了一种存在于fcc超细晶中由晶界发射部分位错而产生孪晶和层错的新的变形机制；(2) 获得了大塑性变形铝合金的晶粒细化机制；(3) 观察到了几种特殊晶界、层错和孪晶，证实了分子动力学模拟预测的两个孪生机制；(4) 发现了一种3 nm大小呈菱形或六角形的特殊纳米结构及其形成机制；(5) 初步探索了高强度大塑性变形铝合金的复合强化机制。其研究成果对全面认识大塑性变形铝合金的晶粒细化机理、变形机理，有效控制铝合金块体纳米结构材料的组织和性能，推动我国高性能铝合金原创性成形技术的自主创新具有重要意义。