真空辅助压铸Al80Si8Mg4Cu4Zn4合金的热处理强化机制及其力学-热导率协同优化研究

本研究针对轻量化Al基高熵合金(Al-EAs)强塑性难以协同的难题，采用真空辅助压铸技术制备Al80Si8Mg4Cu4Zn4合金，通过450°C-1h固溶+70°C-24h时效热处理，使屈服强度(YS)提升至566MPa，断裂应变达27.0%，同时揭示纳米析出相(β″/θ′/η′)共格强化主导机制及热导率提升规律，为工业应用提供低成本高性能材料解决方案。

　　

随着工业领域对轻量化材料需求的激增，铝基高熵合金(Al-EAs)因其优异的强度-重量比成为研究热点。然而传统Al-EAs存在室温塑性不足15%、热导率与强度相互制约等瓶颈问题。尤其在高真空压铸工艺中，如何通过热处理调控纳米析出相实现力学-热学性能协同提升，仍是亟待解决的科学难题。

北京自然科学基金-小米创新联合基金支持的研究团队在《Materials Science and Engineering: A》发表成果，创新性地采用真空辅助压铸技术制备低成本Al₈₀Si₈Mg₄Cu₄Zn₄合金，通过多尺度表征手段系统解析热处理对微观组织演变的影响机制。研究运用工业纯铝与中间合金熔配工艺，结合真空压铸成型；采用电子背散射衍射(EBSD)分析晶粒取向，通过串行块面扫描电镜(SBFSEM)三维重构技术定量表征金属间化合物(IMCs)的连通性变化；借助透射电镜(TEM)观察纳米析出相与基体的共格关系；同步测试力学性能与热导率建立构效关系。

2D Microstructure analysis
EBSD分析显示热处理后α-Al晶粒随机取向且尺寸增大（图1a3-d3），几何必需位错(GND)密度降低。三维重构证实Al₂Cu相连通性从88.59%骤降至28.66%，而Q相保持稳定，这种选择性溶解行为为后续析出强化创造有利条件。

Microstructural evolution under different heat-treatment conditions
450°C固溶处理促使Al₂Cu相部分溶解（图4-6），形成Al基体超饱和固溶体。时效过程中大量纳米β″、θ′和η′相析出，与基体呈现完全/半共格关系（图7），其尺寸分布与无析出带(PFZ)宽度直接影响强化效果。

Conclusions
研究得出三大创新结论：1）优化热处理工艺（450°C-1h+70°C-24h）使合金获得566MPa屈服强度与919MPa抗压强度，同时保持27%断裂应变，性能超越现有Al-EAs；2）揭示纳米析出相共格强化为主导机制，β″/θ′/η′相的高密度分布与窄PFZ带是关键；3）热处理后合金电/声子热导率显著提升，归因于溶质原子偏聚减少、晶界密度降低及IMCs含量下降。

该研究首次实现真空压铸Al-EAs强度-塑性-热导率的三元协同优化，SBFSEM三维表征技术为IMCs定量分析提供新范式。提出的"快速凝固-固溶调控-低温时效"技术路线，为航空航天等领域轻量化部件制造提供理论指导与工艺参考，具有重要工程应用价值。