热轧与热处理对Al7075/Gr./TiB2原位反应复合材料的微观结构、晶粒尺寸及屈服强度的调控机制研究

本研究针对铝基复合材料强化难题，通过原位化学反应制备Al7075/Gr./TiB2杂化复合材料，系统探究热轧（80%减薄率）与T6热处理（500℃固溶+190℃时效）对材料微观结构演变（晶粒细化36%）、石墨分散性及力学性能（屈服强度提升58%）的协同调控机制，为航空航天结构材料设计提供新思路。

　　

在航空航天和高端装备制造领域，铝锌镁系合金（Al7075）因其优异的比强度成为关键结构材料，但传统铸造工艺导致的粗大晶粒和强化相分布不均严重制约其性能上限。更棘手的是，通过外加陶瓷颗粒（如Si₃N₄、B₄C）的常规强化手段往往伴随延展性骤降，而石墨（Gr.）的引入虽能改善摩擦性能却易引发界面结合弱化。如何通过工艺创新实现强度-塑性协同提升，成为材料科学家亟待破解的"卡脖子"难题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Next Materials》发表创新成果，采用"原位化学反应+热机械处理"双轨策略，设计出Al7075/Gr./TiB₂杂化复合材料。通过Al-10%Ti与Al-3%B母合金的熔体反应原位生成纳米TiB₂（反应式：Al₃Ti+AlB₂→TiB₂+4Al），结合阶梯式添加石墨（2-8wt%），再经400℃热轧（应变速率5×10^?3 S^?1）和T6热处理（500℃/2h固溶+190℃时效），系统解析工艺-结构-性能的构效关系。

关键技术方法
研究团队采用6kW电阻熔炼炉制备复合材料，通过SEM（扫描电镜）和XRD（X射线衍射）表征相组成，依据ASTM标准加工拉伸试样。创新点在于：1）通过80%热轧减薄率实现Gr.颗粒定向排列；2）采用5小时峰值时效促进MgZn₂和Al₂CuMg强化相析出；3）使用图像分析软件定量化晶粒尺寸演变。

研究结果

1. 微观结构研究：热轧使Gr.簇集率降低87%，TiB₂沿轧向呈纤维状分布（图8）。时效5小时后，8%Gr.样品中观察到辐射状Al₂CuMg相（图9j），证实热处理可消除铸造缺陷。

2. 晶粒尺寸分析：热轧使Al7075/8%Gr./5%TiB₂晶粒尺寸从68μm降至30μm（降幅55.8%），时效处理进一步诱导亚晶界形成（图10）。

3. 屈服强度：6%Gr.添加量使热轧+热处理样品屈服强度达峰值358MPa，较基体提升72.4%（图11），但8%Gr.时因界面弱化导致性能回落。

4. XRD表征：衍射图谱（图12）明确检出TiB₂（2θ=42.6°）和MgZn₂（2θ=36.2°）特征峰，为强度提升提供相组成证据。

结论与意义
该研究突破性地证明：1）原位生成的TiB₂可稳定限制在5wt%，过