协同增强层状铝合金界面结合质量与强塑性的创新策略：单道次大变形轧制在线淬火技术研究

研究人员针对层状金属复合材料(LMCs)界面强度不足和强塑性权衡难题，创新性地开发了单道次大变形轧制在线淬火工艺。该技术通过提升界面变形程度(增加波状度85.8%)、细化晶粒(纯Al层晶粒尺寸降至5.2μm)和保留高密度位错(23.6×1013 m-2)，使7B52层状铝合金的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和延伸率(EL)分别提升14.5%、16.6%和29.1%，同时界面结合强度达68.1MPa，为高性能层状材料制备提供了新范式。

　　

层状铝合金作为航空航天领域的关键结构材料，长期面临两大"阿喀琉斯之踵"：脆弱的界面结合强度如同"沙上城堡"，轻微外力就会导致分层失效；而传统工艺中强度与塑性的"跷跷板效应"更让材料学家们头疼。更糟的是，现行离线淬火工艺需要多次轧制和单独固溶处理，生产流程冗长如"马拉松"。这些问题严重制约着层状铝合金在国防装备和交通工具中的应用潜力。

在这项发表于《Journal of Materials Research and Technology》的研究中，Xiaoming Yue团队独辟蹊径，将目光投向轧制在线淬火技术。这种"高温变形+即时淬火"的一站式方案，不仅能避免传统固溶处理导致的晶粒异常长大，其单道次大变形特性更可能为界面强化带来意外惊喜。研究人员设计了三组对比实验：多道次离线淬火(MP-420)作为对照组，两组单道次在线淬火分别采用470°C(SP-470)和520°C(SP-520)工艺参数，通过EBSD(电子背散射衍射)、TEM(透射电镜)等先进表征手段，揭示了微观组织演化与性能提升的内在关联。

3.1 位错密度演变

XRD威廉姆森-霍尔分析显示，在线淬火样品位错密度显著高于传统工艺，SP-470未时效状态达23.6×10¹³ m^-2，较MP-420提升23.5%。高温虽会轻微降低位错密度(SP-520为19.8×10¹³ m^-2)，但仍保持11.2%优势。

3.2 微观组织演变

EBSD分析呈现戏剧性差异：离线淬火的纯Al层晶粒粗大(48.5μm)，而在线淬火将其锐减至5.2μm(SP-470)，降幅近90%。7A62/7A52层晶粒也同步细化，KAM(核平均取向差)分析证实SP-470晶格畸变最严重(0.81°±0.03°)，与位错密度结果相互印证。

3.3 界面结合质量

剪切测试中在线淬火样品完胜：SP-470界面强度达71.0MPa，断裂面呈现密集剪切韧窝。DIC(数字图像相关)应变分析发现，其界面最大剪切应变容忍度达9.78%，远超MP-420的9.09%。EPMA(电子探针)显示在线淬火彻底清除了界面MgO颗粒，而多道次工艺界面存在连续有害氧化物。

3.4 力学性能突破

SP-520展现出最佳强度组合：YS(455.1MPa)和UTS(497.7MPa)分别提升15.8%和16.6%，同时EL(6.1%)提高14.5%。TEM揭示其7A62层析出相数密度达26.1×10¹⁵ m^-2，GBPs(晶界析出相)尺寸仅14.4nm，形成"细晶+高密度位错+纳米析出"的复合强化机制。

这项研究颠覆了传统层状材料制备范式，首次证实单道次大变形在线淬火可同步攻克界面强化与强塑性协同的世纪难题。其创新性体现在三方面：机械互锁方面，剧烈剪切变形创造"波浪形"界面，使结合强度提升6.8%；变形协调方面，纯Al层极致细化将相邻材料强度差缩小60%；强化机制方面，跳过固溶处理保留的位错网络成为析出相"孵化器"。该工艺已实现工业级12mm厚板生产，为运载火箭燃料舱、装甲车复合装甲等重大工程提供了材料升级方案。正如研究者所言："这不仅是工艺革新，更是对层状材料设计哲学的重新定义——界面不再是性能短板，而可能成为性能倍增器。"