石墨烯纳米片增强Al-Zn-Cu基层状复合材料的固溶时效处理对其阻尼与力学性能的协同调控机制研究

为解决高锌铝合金复合材料在力学性能与阻尼特性难以协同提升的难题，研究人员通过优化固溶(490℃×1h)与时效(100-250℃×1h)工艺参数，系统研究了Al-30Zn-2Cu-0.5GNPs层状复合材料的强化机制。发现100℃低温时效可促进纳米η-Zn相均匀析出并抑制θ-CuAl2粗化，使抗压强度达626.2MPa，同时保持优异阻尼性能(tanδ=0.01882)。该研究为多功能铝合金设计提供了新思路。

　　

在现代工业领域，铝合金因其轻质高强、耐腐蚀等特性成为不可替代的材料，但传统高锌铝合金面临力学性能与阻尼特性难以兼得的困境。特别是随着汽车减震、航天精密仪器等领域对材料多功能性要求的提升，如何通过微观结构调控实现性能协同优化成为研究热点。针对这一挑战，西南交通大学（Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences）的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表重要成果，揭示了石墨烯纳米片增强Al-Zn-Cu基复合材料的性能调控机制。

研究采用行星球磨法制备Al-30Zn-2Cu-0.5GNPs层状复合材料，通过背散射电子显微镜(BSE)观察微观结构，结合压缩试验和阻尼测试分析性能变化。重点考察了490℃固溶处理后，100-250℃区间时效温度对η-Zn和θ-CuAl₂析出动力学的影响。

Lamellar structure部分显示，原始样品(S0)中可见晶间η-Zn析出，而经490℃固溶处理后获得Zn过饱和的α-Al固溶体。Conclusions指出：1）100℃时效使纳米η-Zn均匀析出，抗压强度提升至626.2MPa，同时GNPs与纳米析出相的协同作用保持界面位错滑移能力，阻尼性能(tanδ=0.01882)与原始样品相当；2）250℃时效导致析出相粗化和界面稳定性下降，性能同步劣化。

该研究通过精确控制析出相尺寸分布和界面稳定性，首次在层状复合材料中实现力学-阻尼性能的协同增强。特别是发现低温时效可抑制θ-CuAl₂粗化并优化η-Zn分布，为高阻尼铝合金的工业应用提供了理论依据。研究还证实GNPs能钉扎晶界，利用其与基体的热膨胀系数差异促进位错形成，这一发现为复合材料设计开辟了新途径。成果对开发汽车轻量化减震部件、航天精密仪器支架等兼具高强度和振动衰减特性的材料具有重要指导价值。