亚晶界工程协同提升Al-Cu-Li合金强度与耐蚀性的机制研究

推荐：本研究针对Al-Cu-Li合金中高密度亚晶界导致的T1相连续析出引发晶间腐蚀(IGC)和亚晶间腐蚀(IsGC)问题，提出冷轧与人工时效结合的亚晶界工程策略。通过调控T1相分布、抑制θ'和S'相共析，使合金屈服强度提升12%，延伸率提高13%，同时最大腐蚀深度降低63%。该研究为航空航天用高强耐蚀铝合金开发提供了新思路。

　　

在航空航天领域，Al-Cu-Li合金因其优异的比强度和弹性模量成为关键结构材料。然而，这类合金的高强度往往伴随着严重的晶间腐蚀(IGC)问题，尤其是亚晶界处密集析出的T₁(Al₂CuLi)相与θ'(Al₂Cu)、S'(Al₂CuMg)相形成微电偶，加速了亚晶间腐蚀(IsGC)。传统T6热处理虽能提高强度，但会导致亚晶界连续析出相，而过时效处理虽改善耐蚀性却牺牲10-15%强度。如何实现强度与耐蚀性的协同提升，成为制约该材料应用的"阿喀琉斯之踵"。

针对这一难题，中国的研究团队在《Materials》发表研究论文，创新性地提出"亚晶界工程"策略。通过冷轧预变形引入高密度位错，结合优化时效工艺，成功调控了T₁相在晶内和亚晶界的分布行为。研究采用电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和原子探针断层扫描(APT)进行微观结构表征，结合同步辐射X射线衍射(Synchrotron XRD)定量分析位错密度演变，并通过电化学测试和准原位腐蚀观察评估耐蚀性能。

在"3.1 微观结构演变"部分，研究显示20%冷轧变形的CR2样品亚晶界比例达87%，但亚晶界T₁相分布不连续，且θ'和S'相消失。APT分析证实CR2样品亚晶界T₁相中Mg含量(6.4 at.%)高于T6样品(1.9 at.%)，形成更均匀的化学组成。"3.2 电化学与腐蚀行为"中，CR2样品的腐蚀电流密度(1.47×10^-6 A·m^-2)较T6样品降低64%，阻抗模量在24小时浸泡后仍保持8520 Ω·cm²。准原位观察发现CR2样品48小时后仍保持亚晶界结构完整性，而T6样品已出现深度达160μm的腐蚀裂纹。

"4.2 强化机制"部分通过临界分切应力(CRSS)模型量化了各强化贡献：T6样品主要依赖T₁相析出强化(340 MPa)，而CR2样品通过位错硬化获得额外136 MPa强度增量。冷轧诱导的细密T₁相(直径28 nm)通过剪切机制变形，避免了粗大沉淀相(>100 nm)导致的位错塞积，这是其延伸率提升13%的关键。

该研究突破性地证明，通过亚晶界工程可同时解决铝合金强度-耐蚀性倒置难题。冷轧引入的位错既促进了晶内T₁相均匀析出(4.43×10²² m^-3)，又抑制了亚晶界有害相的形成，使微电偶效应降低。这种"一石二鸟"的设计策略不仅适用于Al-Cu-Li合金，也为其他沉淀强化型合金的性能优化提供了范式转移。研究揭示的"位错调控-析出行为-性能关联"机制，对发展新一代航空航天材料具有重要指导意义。