综述：工业级铝合金表面工程技术概述——热化学处理、沉淀硬化和热机械处理 哈尔奥德·乔伊森·德索扎（Harold Joyson Dsouza） 萨蒂什·拉奥（Sathish Rao） 迪利法·乔斯利·诺罗尼亚（Dilifa Jossley Noronha） 吉里什·哈里哈兰（Girish Hariharan） 戈维里·尚卡尔（Gowri Shankar） 尼特什·库马尔（Nitesh Kumar） 曼朱纳特·谢塔尔（Manjunath Shettar） 西丹斯·D·派（Siddhanth D. Pai）

《Metals》：An Overview of Surface Engineering Techniques for Industrial-Grade Aluminum Alloys—Thermochemical, Precipitation Hardening, and Thermomechanical Process Harold Joyson Dsouza, Sathish Rao, Dilifa Jossley Noronha, Girish Hariharan, Gowri Shankar, Nitesh Kumar, Manjunath Shettar and Siddhanth D. Pai

　　摘要
铝合金，尤其是Al-Cu和Al-Mg-Si系列的铝合金，由于其良好的强度重量比，在航空航天、汽车和结构应用中得到广泛使用。然而，优化其机械性能和表面性能以满足先进的应用要求仍然是一个关键挑战。在过去的三十年中，人们进行了大量研究，探索了热化学处理、沉淀强化和热机械加工等方法，但大多数研究都是分别单独探讨这些方法的。本文系统地分析了每种处理方法对微观结构演变、沉淀行为和机械性能的影响，重点关注晶粒细化、沉淀动力学、表面硬化和抗疲劳性能。特别关注了严重的塑性变形、先进表面改性技术以及在不同条件下的老化行为。同时，本文还指出了当前文献中的不足之处，包括混合处理循环的整合程度有限、对耦合扩散-沉淀机制的理解不足、缺乏高温性能数据以及工业规模验证的缺乏。未来研究方向包括开发优化的混合加工策略、预测计算模型和可扩展的处理循环。这篇综合性的综述为铝合金设计提供了坚实的基础，旨在实现适用于下一代航空航天和汽车应用的定制化表面到核心的性能梯度。

1. 引言
铝因其轻质、耐用性和耐腐蚀性等优良特性，在航空航天、汽车和建筑等领域得到广泛应用。然而，通过热处理可以改善或修改其表面性能，从而显著提高其在这些行业中的性能。热处理工艺及其对工业级铝表面性能的影响在材料科学和制造领域具有重要意义。铝以其轻质、出色的耐腐蚀性和多功能性而在航空航天、汽车和建筑等多个行业中广泛应用。然而，其机械性能，特别是硬度、耐磨性和耐腐蚀性等表面特性，会受到不同热处理技术的强烈影响。了解这些工艺如何影响表面性能对于优化铝组件在苛刻应用中的性能和寿命至关重要。
表面硬化是一种专门的热处理工艺，可以在保持金属表面较软、更具延展性的同时提高其硬度。这是通过控制碳或氮等硬化元素的扩散，或在表面层诱导特定的相变来实现的。由于钢对这类处理的良好响应，表面硬化在钢铁工业中得到广泛应用。然而，由于铝合金的金属学行为独特，这种方法通常不适用于铝合金。通过仔细选择合适的合金元素、控制扩散气氛和管理表层内的相变，可以定制铝的表面特性。尽管自然氧化层限制了传统硬化区的生长，但这样的可控修改仍然可以提高硬度和耐用性。早期研究主要集中在退火和淬火等基本热处理技术上，但随着材料科学的进步，也探讨了时效硬化、表面合金化和阳极氧化等更复杂的热处理方法。铝合金的复杂性进一步增加了挑战，因为不同成分对各种热处理的响应各不相同。因此，更详细地理解热处理与表面性能之间的相互作用对于满足苛刻应用的具体要求至关重要。铝是一种非常适应性强的金属，以其能够在固态中溶解铜（Cu）、镁（Mg）和锌（Zn）等合金元素而闻名。这种溶解度随温度升高而增加，使得在加工过程中能够精确控制成分。当这些元素以适当量引入时，可以形成2xxx（Al-Cu）、4xxx（Al-Si）和7xxx（Al-Zn-Mg）等关键的铝合金系列。这些合金被设计用于满足不同行业的特定性能要求。通过改变扩散动力学，可以通过沉淀强化来改善表面性能（表层），从而形成细小的沉淀物，同时保持核心的柔软和延展性。这种硬化的表层与坚韧的核心之间的战略对比提高了材料的整体性能。这种选择性的表面处理使铝合金非常适合航空航天、汽车和结构工程等苛刻应用。表面硬度和内部韧性的结合提供了出色的耐磨性、冲击吸收和结构完整性，从而成为现代工程中的高性能材料。

热机械处理应用于已经经过热化学处理和时效强化的铝合金上，可以显著影响其微观结构和性能，特别是在需要高强度、抗疲劳性和尺寸稳定性的应用中。热机械处理可以细化晶粒结构、提高位错密度，并促进强化相的进一步沉淀，从而增强材料的强度、抗疲劳性和韧性，尤其是在材料表面。铝组件的优先时效处理可以在表面和核心实现定制化的性能，这在性能关键的应用中具有战略优势。这是通过热化学控制的热处理实现的，其中Cu/Mg/Zn原子被选择性地扩散到表面，随后的固溶处理和时效处理会导致表面硬度达到峰值。通过精确控制固溶处理温度和时效时间，可以显著提高表面硬度。相反，同样的热循环对核心起到了退火作用，提高了延展性和整体韧性。这种双重效应的处理使得表面既硬又耐磨，而核心则具有很好的抗损伤能力。这种性能梯度在暴露于严重磨损的环境中特别有利，其中表面耐久性和结构完整性都至关重要。这种方法在航空航天、汽车和工具制造等应用中尤为重要，因为需要通过先进的材料Engineering来平衡性能和寿命。

控制热化学、热机械和时效硬化的热处理过程旨在操纵铝合金的微观结构，实现材料不同区域的特定机械性能，如强度、延展性和韧性。通过仔细控制扩散温度、扩散时间、变形参数和时效温度等关键参数，该处理允许选择性地修改表面和整体特性。该过程包括将铜（Cu）等合金元素扩散到铝基体中，然后进行时效处理以诱导沉淀强化，并通过变形过程改变晶粒结构。这种方法 resulting in a hardened surface layer while maintaining a more ductile and tougher core，这对于在不需要牺牲韧性的情况下要求高耐磨性的应用至关重要。

1.1. 铝及其合金
铝是一种银白色的元素，在元素周期表中位于第13位。它是仅次于氧和硅的第三大常见元素。刚玉和铝土矿是铝生产中最常用的原材料。铝具有FCC结构，在熔点之前非常稳定。鉴于铝在航空航天、汽车和电子行业中的关键作用，目前的相关研究非常活跃。研究人员专注于不同热处理工艺（如退火、固溶热处理、时效和淬火）如何影响工业级铝合金的微观结构、硬度、耐腐蚀性、耐磨性和表面粗糙度。铝及其合金有多种铸造和锻造形式以及热处理条件。锻造形式包括锻件、型材、挤压件、板材、带材和线材等，而铸造形式包括砂型铸造、压力铸造和重力铸造。实际上，只有少数元素被证明真正适合作为铝合金的结构应用中的合金添加剂。这些元素包括镁（Mg）、硅（Si）、锰（Mn）和铜（Cu）。它们可以单独使用，也可以组合使用。当按所需百分比添加时，这些合金添加剂可以改善铝的性能。

1.2. Al2024（Al-Cu）合金的重要性
在各种铝合金中，Al2024因其以铜为主要合金元素而特别值得注意。这种特定的成分使其具有出色的强度重量比和显著的抗疲劳性，使其在性能和耐用性至关重要的行业中成为首选。Al2024在航空航天和汽车领域得到广泛应用，这些领域非常重视这些性能。例如，在汽车工业中，它用于制造车身面板、结构框架、活塞、连杆、气缸盖、发动机缸体、阀门、减震器以及散热器和空调冷凝器等热管理系统。在航空航天应用中，Al2024广泛用于关键的飞机部件，如机身结构、机翼蒙皮和其他承重部件，在这些部件中，可靠性在应力作用下至关重要。除此之外，由于其抗疲劳和耐腐蚀性，Al2024还用于海洋环境，如船体和配件制造。

1.3. 铜粉
铜是一种红色、可塑、强度较低的金属，具有明亮的金属光泽。它是良好的电和热导体（仅次于银），沸点为2595°C，熔点为1083°C。由于其优异的成形性，铜可以很容易地加工成二维薄片、细丝和细管。铜有宏观粉末和纳米粉末、丸状颗粒、车削件、单晶体、箔、盘、线和不同壁厚的管材等形式。纯度可高达98%（通常），特殊情况下可达99.999%。颗粒密度可以调节，以制造总孔隙率高达60%或几乎无孔的零件，密度接近金属的理论密度。由于纯铜粉末具有优异的电导率和导热性，它们被用于电气、热能和电子行业。与锌（Zn）和镍（Ni）等其他类似金属合金化后，铜粉用于摩擦材料和结构材料。铜也是粉末冶金中的主要合金元素，与铁粉结合使用可制造组件，通过优化烧结工艺参数来提高机械性能并实现更精确的尺寸精度。此外，大量颗粒状铜/铜合金粉末用于制备装饰性涂层、防污涂料和印刷油墨。

1.4. 热化学热处理
热化学处理方法涉及使用热扩散将非金属或金属原子掺入金属晶格中，从而在基体内引发反应，改变其化学性质和微观结构，甚至形成新的相。这种方法旨在通过物质转移赋予基体特定的性能。它还可以包括固相、液相或气相的分解、气体分子的分裂以生成新的原子等。

1.5. 表面扩散
表面扩散是材料科学和凝聚态物理中的一个关键过程，指的是表面原子（贴附在表面的原子）或空位的移动。这一现象在薄膜生长、催化和纳米结构的发展等各种应用中起着重要作用，因为它影响表面材料的稳定性和性能。理解表面扩散的机制有助于研究人员优化这些过程，从而推动技术和材料工程的发展。表面扩散受多个因素的影响，包括温度、表面结构和杂质的存在，这些因素都会影响表面上原子的移动性。这些因素可以改变扩散的能垒，从而影响薄膜沉积和催化反应等过程的速率。优化这些参数可以提升半导体制造和异相催化等应用中的性能，因为在这些应用中精确控制表面相互作用至关重要。

1.6. 沉淀强化
沉淀强化是一种热处理技术，用于提高可塑性材料的屈服强度，包括大多数铝、镁、镍、铜和钛的结构合金以及一些不锈钢。它依赖于固溶度随温度的变化，产生阻止位错或晶体晶格缺陷移动的细小金属间相颗粒。由于位错通常是塑性的主要载体，因此这种方法可以使材料硬化。杂质在颗粒增强复合材料中起着与颗粒相同的作用。与普通的回火不同，合金必须保持在较高温度下数小时以使沉淀发生。这种时间延迟称为时效。沉淀强化过程包括两个基本步骤：固溶处理和时效。固溶处理，或称为溶化处理，是沉淀硬化过程的第一步，其中合金被加热到固溶温度以上并保持在该温度直到形成均匀的单相固溶体。在室温下存在的金属间相（θ）在此步骤中被溶解，原始合金中的任何偏析现象也被最小化。随后合金迅速淬火至室温，形成含有过量溶质原子的过饱和固溶体。这种过饱和结构保持了高温固溶体的特性，因为原子没有足够的时间扩散到晶核位置，从而阻止了θ沉淀物在室温下的形成。第二步是时效处理，此时过饱和固溶体被重新加热到低于固溶温度的中等温度。在这个温度下，原子可以在短距离内扩散，使得溶质原子迁移到许多晶核位置形成并生长出细小分布的沉淀物。这一步的目的是促进细小分布沉淀物在合金中的均匀分布，从而显著提高硬度和强度。形成这种稳定且分布均匀的沉淀物是沉淀硬化过程的核心目标[24]。多年来，在理解热处理路径对铝合金表面和整体性能的影响方面取得了实质性进展，特别是在Al-Cu、Al-Zn和Al-Mg-Si系统中，扩散辅助强化和沉淀硬化已经被广泛研究以增强硬度、耐磨性和整体机械性能。相比之下，基于Zn、Mg和Si的表面改性策略相对较为成熟。然而，基于Cu扩散的商业纯Al1xxx合金的表面工程研究仍然较少，并且在文献中系统的研究也很少。尽管Al-Cu合金在整体形式上被广泛研究，但通过Cu扩散进行可控表面改性，随后通过时效硬化和热机械加工的潜力尚未得到充分探讨。因此，本综述批判性地分析了现有的热处理方法，并强调了Cu扩散在开发Al1xxx合金硬质耐磨表面层方面的未探索潜力，同时保留柔软延展性的核心。本文填补了这一空白，并为先进铝合金应用中的高效、经济且具有工业相关性的表面工程设计提供了指导。

2. 文献综述
2.1. 文献搜索策略
本研究是一项叙述性综述，提供了铝合金表面工程技术的全面概述。因此，没有严格遵循PRISMA指南等正式的系统综述协议。然而，为了确保审查过程的结构化和透明性，从Scopus、Web of Science和Google Scholar等主要科学数据库中收集了相关文献。使用的关键词包括“铝合金”、“热化学处理”、“沉淀硬化”、“热机械加工”和“表面工程”。文章的选择基于与主题的相关性、发表的最新性以及对微观结构演变、机械性能和表面改性技术的贡献。考虑了发表在同行评审期刊上的实验研究和综述文章。与铝合金或表面工程方面不直接相关的研究被排除在外。
2.2. 经过热化学处理的铝合金及合金元素的影响
Abdullah和Salim [25]研究了铜添加对纯铝热导率的影响。他们的研究表明，尽管铜增加了机械强度，但自由电子的散射导致热导率显著降低。这种权衡突显了Al-Cu合金中热性能和机械性能之间的关键平衡，特别是在同时需要导电性和结构完整性的应用中。他们的发现对于2024和2219等铜为主要合金元素的合金尤为重要。
Mahmood [26]研究了不同铜含量对纯铝在3.5% NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明，随着铜含量的增加，腐蚀抗力显著下降，这是由于富铜相与铝基体之间的电偶效应。研究发现，铜含量较高的样品表现出更明显的局部点蚀和表面退化。这些发现对于Al-Cu合金尤为重要，因为铜虽然提高了强度，但降低了耐腐蚀性，尤其是在海洋或富含氯化物的环境中，这凸显了需要保护涂层或合金优化的必要性。
Al-Rawajfeh [27]研究了铜添加对商业纯铝的机械和腐蚀性能的影响。研究表明，少量铜的添加通过固溶强化和沉淀强化显著提高了抗拉强度和硬度。然而，机械性能的提高伴随着耐腐蚀性的显著下降，尤其是在氯化物环境中。研究强调了Al-Cu合金中强度和耐久性之间的典型权衡，突出了在设计结构材料时优化铜含量和应用保护处理的重要性。
Man等人[28]研究了铜添加对Al6082合金时效行为的影响，并报告称添加0.6% Cu显著提高了最高硬度并缩短了达到该硬度所需的时间。该合金在170°C下时效约4小时后达到最高硬度。此外，在250°C等温处理过程中，含Cu的合金表现出比不含Cu的变体更高的硬度水平。这种改进归因于Cu原子在Q/α界面处的偏聚，这增强了热稳定性并延缓了沉淀物的粗化。Q相沉淀物的组成约为17.6% Mg、13.6% Si和4% Cu，表现出抗粗化能力并保持了良好的热稳定性。
Dolgopolov等人[29]研究了铜沿晶界的扩散行为，发现晶界扩散比体扩散快得多，尤其是在高温下。晶界扩散的活化能较低，促进了铜的快速转移。这一现象有助于沿晶界形成沉淀物，从而影响Al-Cu合金的机械性能和腐蚀行为。他们的发现对于理解2024和2219等合金的热稳定性和时效行为至关重要，因为在这些合金中，扩散控制的过程支配了强化和降解过程。
Rangaiah等人[30]对基于扩散的热化学处理和热机械处理对铝合金表面硬化的效果进行了批判性综述。研究表明，氮化、碳化和硼化等热化学处理通过促进合金元素向铝基体的扩散来提高表面硬度和耐磨性。这种扩散导致形成了硬质的金属间化合物和改性的表面层，改善了机械和摩擦学性能。合金元素的存在显著影响了扩散动力学、相稳定性和处理效率。此外，温度和时间等工艺参数被发现是控制表面改性的关键因素。综述得出结论，优化的热化学处理是提高先进工程应用中铝合金表面完整性、耐久性和整体性能的有效策略。

在Al-Cu-Mg合金的背景下，这些合金因其高强度和耐久性而在航空航天和汽车应用中得到广泛应用，Chen等人[31]研究了微量锡（Sn）添加对机械性能和微观结构细化的影响。他们的发现表明，少量Sn显著促进了强化θ（Al2Cu）相的形核。在0.35 wt% Sn的最佳浓度下，θ相变得更细小且分布更均匀，从而显著提高了硬度和抗拉强度。在0.36 wt% Sn时，最高硬度达到了136.4 HV，比基体合金提高了25.8%，而极限抗拉强度提升至430.4 MPa。
?zen等人[32]研究了铜添加（4%和8%）对铝合金车削过程中表面粗糙度和切削性能的影响。合金是在电阻熔化炉中使用SiC坩埚制备的，其成分通过光谱分析进行了验证。研究表明，铜含量的增加导致表面粗糙度增加，主要是由于材料硬度的提高和延展性的降低。此外，切削参数显著影响了表面质量：较高的进给速率由于切削区域的摩擦和热负荷而增加了表面粗糙度。相比之下，较低的切削速度获得了更好的表面质量。这些结果突显了合金成分与切削参数之间的关键相互作用。这些发现对于Al-Cu合金尤为重要，因为铜带来的机械强度提升必须与潜在的切削难度相适应，需要优化的切削策略以实现高质量的表面效果。
Chang等人[33]探索了使用表面机械磨损处理（SMAT）对铝合金进行表面改性以生成纳米晶体表面层的方法。随后，通过冷喷涂沉积了200–300 μm厚的锌涂层。喷涂后的退火促进了锌向铝基体的扩散，并使用电子探针显微分析（EPMA）和扫描电子显微镜（SEM）分析了扩散动力学。结果表明，纳米晶体晶粒中的锌扩散率明显高于粗晶粒。值得注意的是，锌扩散在523 K（250 °C）时开始，并随着温度的降低而加速，而623 K（350 °C）以上的晶粒粗化则减弱了纳米结构层的扩散增强效果。
Chen等人[34]研究了镁添加对Al-Cu-Mg-Ag合金微观结构、机械性能和晶间腐蚀（IGC）抗性的影响。使用X射线衍射（XRD）进行了微观结构和相分析，并使用扫描电子显微镜（SEM）表征了表面形态，使用透射电子显微镜（TEM）进行了沉淀物量化。研究发现，镁在修改沉淀物形成方面起着关键作用，从而显著影响了合金的整体性能。确定0.83 wt%的镁含量是在提高机械强度和改进IGC抗性之间取得平衡的最佳值。研究强调了理解镁在促进有益沉淀相形成及其对合金性能广泛影响的重要性。
在Jiang等人的补充研究中[35]，研究了锌（Zn）和钪（Sc）添加对Al-Mg合金的影响，发现微观结构显著细化和机械性能得到提升。锌的添加促进了粗β-Al3Mg2相向更细小、更稳定的T-Mg32(Al, Zn)49相的转变。同时，Sc的添加形成了分散的Al3Sc颗粒，使晶粒尺寸细化了64%，并提高了强度。Zn和Sc的共同添加产生了显著的抗拉性能提升。特别是含有5.5 wt% Mg、1.5 wt% Zn和0.4 wt% Sc的合金（合金4）实现了343 MPa的峰值抗拉强度，比基体合金提高了33.5%。这些改进归因于固溶强化、晶界强化和沉淀硬化机制的综合作用。
Zhao等人[36]研究了锌（Zn）修改对热轧Al-mg板材机械性能的影响。研究表明，锌的添加显著提高了延展性和加工硬化能力，这归因于细化了的晶粒结构和变形过程中的动态恢复抑制。Zn改性的合金表现出更好的均匀延展性和抗拉强度，使其适用于需要高成形性和强度的应用。研究还表明，锌的添加有助于稳定位错结构，促进了持续应变硬化。这些发现为汽车和航空航天行业中轻量化结构组件的合金设计提供了宝贵的见解。
Alemdag和Beder [37]研究了不同锌（Zn）含量对Al-12Si-3Cu基合金强度和耐磨性能的影响。他们的研究发现，增加Zn含量通过形成细小且均匀分布的金属间相提高了抗拉强度和硬度。然而，过量的Zn导致脆性增加和延展性降低。磨损测试表明，适量的Zn添加显著提高了耐磨性，这归因于基体硬度的提高和材料损失的减少。这些发现突出了在Al-Si-Cu-Zn系统中优化Zn含量以实现机械强度和耐磨性平衡的重要性。
Pan等人[38]研究了新型Al-Mg-Zn和Al-Mg-Zn-Cu合金的沉淀硬化行为和晶间腐蚀（IGC）抗性。研究表明，添加铜显著增强了沉淀强化，从而提高了硬度和抗拉强度。然而，铜的添加也增加了晶间腐蚀的敏感性，主要是由于形成了电化学活性的晶界沉淀物。不含Cu的合金表现出更好的IGC抗性，但机械强度较低。这些发现强调了在Al-Mg-Zn(-Cu)系统中平衡机械强度和耐磨性的重要性，突出了在结构和海洋应用中精心设计合金和处理策略的必要性。
Guo等人[39]研究了锌（Zn）和银（Ag）添加对Al-Mg基合金微观结构和性能的影响。研究结果表明，锌（Zn）通过促进细小、均匀分布的沉淀物的形成来提高合金的强度和硬度，而银（Ag）的添加进一步增强了热稳定性和晶粒细化效果。锌和银的联合添加使得合金的机械性能和耐腐蚀性显著提升，相较于仅含有一种元素的合金更为优越。这些改进归因于它们对沉淀行为和晶界强化的协同作用，使得改进后的Al-Mg合金在高性能结构应用中具有广阔前景。Meng等人[40]研究了锌对Al-Mg合金机械性能、微观结构及晶间腐蚀（IGC）行为的影响。研究表明，锌的添加通过固溶强化和晶粒细化显著提高了合金的抗拉强度和硬度；然而，强度的提高是以增加晶间腐蚀敏感性为代价的，主要是由于锌富集相在晶界的形成。这项工作强调了机械性能与耐腐蚀性之间的经典权衡，突出了在Al-Mg-Zn合金中平衡合金化策略以实现最佳结构可靠性的必要性。

Stemper等人[41]提出了“铝合金交叉”的概念，这类合金旨在弥合传统铸造铝合金与锻造铝合金之间的性能差距，兼具铸造性、强度、延展性和耐腐蚀性，适合用于先进制造和轻量化结构应用。他们的研究表明，通过调整合金成分和热机械处理，交叉合金能够实现与锻造合金相当的性能，同时生产成本更加经济。Carroll等人[42]研究了锌对Al-5083合金晶界沉淀行为和腐蚀特性的影响，该合金广泛应用于海洋工程领域。研究发现，锌促进了沿晶界连续β相（Al3Mg2）的形成；这些相在电化学上比周围的铝基体更“贵”，从而形成了加速晶间腐蚀的微电池效应。尽管锌的添加通过微观结构优化和潜在的固溶强化作用提高了强度，但显然这牺牲了耐腐蚀性。在含氯环境中，连续的β相成为腐蚀扩展的优先路径。这些发现突出了在腐蚀性环境中设计Al-Mg-Zn合金时需要平衡各性能指标的必要性，为材料工程师针对结构和海洋应用优化铝合金的机械及耐腐蚀性能提供了宝贵指导。

Zhu等人[43]研究了低Zn/Mg比例的Al-Zn-Mg-Cu合金的沉淀行为，以及银（Ag）添加的影响。研究发现，较低的Zn/Mg比例有助于细化沉淀序列，促进GP区和η′相的形成，从而增强合金的强度和热稳定性。Ag的添加进一步加速了沉淀过程并稳定了细小沉淀物，改善了时效硬化效果。这些发现凸显了控制沉淀物和调节合金成分对于优化高强度铝合金机械性能的重要性，为开发下一代具有优异强度和热稳定性的Al-Zn-Mg-Cu合金奠定了基础。Meng等人[44]探讨了Al-Mg-Zn合金中应力腐蚀开裂（SCC）敏感性、晶界沉淀物与锌含量的关联。结果表明，锌含量的增加导致连续晶界沉淀物的形成，这些沉淀物成为SCC发生的优先位置；高锌含量的合金由于晶界处微电池活动的增强而表现出较低的SCC抵抗力。通过调控锌含量和沉淀物分布可以改善合金的SCC抵抗力。研究强调了在结构和海洋应用中平衡合金强度与耐腐蚀性的必要性。

Halap等人[45]的研究指出，Al-Mg-Zn合金中较高的锌含量显著提高了其抗晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的能力，使失效模式从脆性转变为延展性。评估这些合金的腐蚀行为时，研究结果强调了微观结构参数（如GBPs的分布和晶界特性）的重要性。由于锌改性合金具有有效的氢陷阱作用，因此其发生氢致开裂的可能性较低。表1汇总的文献表明，热化学处理、合金添加元素及表面改性技术对铝合金性能有显著影响，尤其是Al-Cu、Al-Mg-Zn、Al-Zn及相关体系。其中，Al-Cu合金因其强烈的沉淀硬化效应而尤为重要，铜的添加通过固溶强化和GP区及θ″/θ′沉淀物的形成提高了强度和硬度，但这种强化往往会伴随耐腐蚀性的下降（尤其是在含氯环境中）。相比之下，Al-Mg-Zn和Al-Zn合金具有优良的时效硬化能力，但由于晶界沉淀容易引发晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。微合金元素（如Sn、Ag和Sc）能够细化沉淀物，改善合金的强度、延展性和耐腐蚀性之间的平衡。表面改性技术（如SMAT和基于锌的涂层）提升了表面硬度和扩散性能，但高温下的稳定性仍有限。文献强调了机械性能与耐腐蚀性之间的权衡，Al-Cu体系在理解沉淀硬化行为及其表面工程潜力方面发挥着核心作用。

Ruano等人[46]研究了Al2024合金在高温下的变形行为，比较了两种不同的退火处理方式：T351（固溶处理后自然时效）和TT（过时效后缓慢冷却）。室温下，T351样品因细小沉淀物的存在而具有更高的硬度和拉伸流动应力；但在300°C以上，两种样品的流动应力均显著下降，延展性提高。研究表明，在高温下固溶强化成为主导机制，沉淀物的影响减弱。这些发现突显了退火状态和固溶含量对高温性能的关键影响，有助于合金在热机械应用中的设计。Jafari等人[47]研究了通过高能球磨（HEBM）制备的纳米级Al2024合金的热稳定性和微观结构演变，随后在150–550°C下进行等温退火1–3小时。HEBM处理使合金形成平均粒径约为30 nm的纳米级固溶体。扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）验证了这种细晶结构的均匀性和元素分布。Zhu等人[48]分析了挤压速度对Al2024合金在重复连续挤压成型（RCEF）结合热处理过程中的影响。实验中采用了两种挤压速度（4rpm和8rpm），热处理包括500°C的固溶处理和180°C的人工时效。通过光学和电子显微镜技术（EBSD和TEM）以及显微硬度和拉伸测试，作者发现提高挤压速度会提高固溶度并促进动态再结晶，从而形成更粗的微观结构。温度的升高不仅细化了晶粒，还改变了晶粒形态，并增加了合金中的热处理沉淀物数量。

Guo等人[49]研究了回火和再时效（RRA）对Al2024合金微观结构和机械性能的影响，并将其与传统T6时效处理进行了对比。RRA工艺包括495°C的固溶处理、230°C下的30分钟回火以及后续的再时效；而T6处理则是180°C下时效6小时后再时效30分钟。机械测试显示，RRA显著提高了材料的屈服强度和极限抗拉强度（分别从375 MPa提升至418 MPa和460 MPa），同时提高了延伸率。微观结构分析表明RRA优化了沉淀行为，使其成为实现Al2024合金强度与延展性平衡的优选处理方式。Garay-Reyes等人[50]研究了在Al2024合金中添加0.25%镁的影响，该合金经过3、5和7小时的固溶热处理。实验同样在495°C下进行。此外，样品还经历了冷轧（减薄5%）和195°C下的2小时人工时效处理。SEM、TEM和XRD等技术以及纳米压痕硬度测试用于评估热处理和冷轧后的微观结构。结果表明，较长的固溶时间（5小时）使材料的HV值高于3小时或7小时的样品。Saillard等人[51]研究了微观结构（特别是铜富集沉淀物的存在）对涂有三价铬转化层（TCP）的2024铝合金耐腐蚀性的影响。在190°C下时效1–72小时后，形成了纳米级的铜富集沉淀物，显著提高了合金的表面铜覆盖率，几乎可以视为单层铜膜。电化学预处理（CV）显示，在电场施加前铜的覆盖率低于1%；而在190°C下时效72小时后，铜覆盖率超过4%。Mu等人[52]研究了粉末冶金法制备的超细晶（UFG）和粗晶（CG）2024铝合金的微观结构演变、沉淀行为和机械性能。研究发现UFG合金的细小沉淀物分布更均匀，从而提高了强度。详细表征表明，晶粒细化和沉淀硬化共同提升了材料的机械性能，突显了粉末冶金技术结合晶粒细化技术在定制Al2024合金微观结构和优化机械性能方面的潜力。

Doddapaneni等人[53]利用透射电子显微镜（TEM）研究了铝基复合材料的沉淀硬化行为，重点关注微观结构演变。沉淀过程为过饱和固溶体（SSSS）→ θ″ → θ′ → θ（Al2Cu），其中亚稳态的θ″和θ′相对增强效应显著。图1a,b的TEM图像显示，细小沉淀物在铝基体中均匀分布，呈现棒状、片状和圆柱形态，有效抑制了位错运动，从而提高了硬度和抗拉强度。EDAX谱图（图1c–f）验证了Al、Cu、Mg和Si等关键元素的存在，证实了金属间沉淀物的形成。峰值时效条件下的细小沉淀物密度较高，而过度时效则降低了强化效果。这些结果证明了沉淀驱动的机械性能提升，突显了粉末冶金与晶粒细化技术结合在优化Al2024合金性能方面的潜力。Shankar等人[54]研究了沉淀硬化对Al6061合金和B4C-SiC增强复合材料的影响，强调了人工时效和微观结构演变的作用。沉淀硬化通过形成细小、连续的β″和β′（Mg2Si）沉淀物来提高硬度，这些沉淀物有效阻碍了位错运动。B4C增强复合材料由于B4C密度较低，单位质量的增强相体积分数更高，因而硬度更高。对峰值退火样品（在100°C下退火）的TEM分析显示，细小沉淀物分布均匀，形态多样，包括棒状和矩形。这些细小沉淀物以及增强的核化作用共同提高了复合材料的硬度和机械性能。图2展示了峰值退火的Al6061合金、Al6061–B4C和Al6061–SiC复合材料的明场TEM图像，突出了细小沉淀物的均匀分布和多样的形态，其中包括棒状和针状的β″和β′相。图2.沉淀硬化Al 6061合金以及含有B4C和SiC颗粒的增强复合材料的TEM照片。经Ref [54]许可转载。版权所有2018 Elsevier。Liang等人[55]研究了固溶处理对自然时效2024 Al合金片材微观结构和机械性能的影响。在460–530°C范围内进行固溶处理可以溶解粗大的金属间相，并改善α-Al基体中的溶质分布。随后的自然时效促进了细小的Guinier–Preston (GP)区域和S′ (Al2CuMg)沉淀物的形成，从而增强了强度和硬度。优化的固溶处理使得微观结构更加精细，位错密度增加，从而提高了拉伸性能同时保持了合理的延展性。该研究强调了控制固溶处理参数在实现Al–Cu–Mg合金强度和延展性平衡中的重要性。Tahir和Yapici [56]研究了后时效处理对通过累积轧合(ARB)生产的Al 2024层压复合材料的机械性能的影响。三周期ARB过程由于严重的塑性变形产生了超细晶粒结构，并具有强烈的界面结合力。复合材料在420°C下进行了固溶处理，并在150°C下进行了不同时间的人工时效。微观结构观察表明，钢层发生了部分晶粒粗化，由于回复作用时效过程中位错密度降低。机械结果显示，在时效2小时以内强度有所下降，但在4小时后强度和延展性同时增加，这归因于铝层中的沉淀硬化作用。研究表明，控制时效处理可以通过结合沉淀强化和回复机制来平衡提高强度和延展性。El Garchani等人[20]研究了热处理的2024铝合金的腐蚀行为和机械性能的影响。样品经历了固溶处理、淬火和在不同温度下的人工时效。微观结构分析显示，沉淀强化相的形成和金属间颗粒的重新分布增强了硬度和抗拉强度。然而，特别是在晶界处增加的沉淀通过微电偶作用降低了耐腐蚀性。电化学测试证实，峰值时效条件提供了最佳的机械性能，但耐腐蚀性较未时效状态有所降低。该研究强调了在2024铝合金应用中调整热处理参数时强度和腐蚀行为之间的权衡。Siddesh Kumar等人[8]回顾了沉淀硬化效应对Al 2XXX、6XXX和7XXX系列微观结构和机械性能的影响。研究强调，固溶处理后进行时效通过形成GP区域和Al2CuMg (S相)、Mg2Si和MgZn2等相实现了沉淀硬化，显著增强了强度和硬度。观察发现，峰值时效产生了最佳的机械性能，而过度时效导致沉淀粗化和强度降低。该综述进一步强调了强度、延展性、耐腐蚀性和成形性之间的比较，强调了仔细优化时效参数对于实现整体性能提升的重要性。Karthik等人[57]研究了铝合金在自然时效过程中的沉淀硬化行为，特别关注峰值硬度的稳定性。研究表明，沉淀硬化通过在铝基体中形成细小、连贯的沉淀物显著提高了机械性能。这些沉淀物有效阻碍了位错运动，从而提高了硬度和强度。峰值硬度的稳定性受到时效条件的强烈影响，特别是时间和温度，它们控制着沉淀的 nucleation和生长。观察到，控制自然的时效促进了强化相的稳定分布，从而持续保持了机械性能。然而，长时间的时效可能导致沉淀粗化和强化效果降低。研究结果表明，沉淀硬化是优化微观结构演变和确保铝合金机械性能一致性的关键机制，对于结构和工程应用非常重要。Araghchi等人[58]研究了通过热处理改善Al 2024合金的机械性能和残余应力的方法，重点研究了不同聚烷二醇(PAG)浓度作为淬火介质的效果。使用孔钻应变计方法评估了表面残余应力，而通过标准机械测试和TEM分析了硬度、抗拉强度和微观结构特征。结果表明，在15% PAG溶液中快速冷却后，在190°C下进行12小时的人工时效，与水淬火和自然时效相比残余应力降低了50%。然而，抗拉强度比T6处理条件低20%。Zhang等人[59]研究了热化学处理（包括固溶热处理和人工时效）对AA2024铝合金的影响。研究表明，优化的热处理显著细化了微观结构，并促进了细小、均匀分布的强化沉淀物（如Al2Cu (θ′相)和Al2CuMg (S′相)的形成。这些沉淀物在阻碍位错运动方面起着关键作用，从而提高了硬度和抗拉强度。合金元素，特别是Cu和Mg，显著影响了时效过程中的扩散动力学、沉淀顺序和相稳定性。结果还表明，仔细控制时效温度和持续时间对于实现强度和延展性之间的最佳平衡至关重要。Li等人[60]研究了挤压和热处理对Al 2024合金微观结构和抗拉性能的影响，以提升其在航空航天和汽车应用中的性能。均匀化、反向等温挤压和退火处理产生了明显的晶粒细化、均匀的晶体分布和显著的纹理发展。微观结构中含有S (Al2CuMg)和Al7Cu2Fe相，这些相显著提高了强度和延展性，抗拉强度分别增加了176%和547%。EBSD分析显示了铜{112} <111>纹理，增强了加工硬化作用。这些发现强调了挤压和定制热处理在优化Al 2024合金方面的协同效应。Doddapaneni等人[61]研究了通过固溶处理后进行控制时效的沉淀硬化对铝合金的影响。研究表明，沉淀硬化通过在铝基体中形成细小、均匀分布的强化沉淀物显著提高了机械性能。这些沉淀物有效阻碍了位错运动，从而提高了硬度和强度。时效参数，如温度和持续时间，在控制沉淀动力学和微观结构演变方面起着关键作用。优化的时效条件导致沉淀物分布更精细，机械性能得到提升，而过度时效则导致沉淀粗化和强度降低。沉淀硬化是铝合金中的关键强化机制，其中过饱和固溶体在时效过程中分解形成细小分散的金属间沉淀物，阻碍位错运动。根据Srinivas等人[62]的研究，TEM分析显示形成了亚稳态相，如θ″-Al3Cu和θ′-Al2Cu，这些相主要是铝基合金峰值硬度的原因。研究进一步强调，多阶段固溶处理比单阶段处理产生更高密度的沉淀物和更细的分布，从而显著提高了硬度。这些发现直接与Al-Cu合金相关，其中经典的沉淀顺序（GP区域 → θ″ → θ′ → θ）控制着机械性能。θ″和θ′相的连贯性和细小分布提供了最大的强化效果，而过度时效期间的粗化会降低硬度。因此，控制热处理参数对于优化沉淀演变和实现Al-Cu系统的优异机械性能至关重要。TEM显微图（图3）显示了负责铝复合材料峰值硬度的θ″-Al3Cu（棒状）和θ′-Al2Cu（片状）沉淀物的存在。图3. 在100°C下时效的单阶段和多阶段固溶处理的LM4 + TiB2复合材料的TEM图像显示了θ″相-Al3Cu（棒状）和θ′相-Al2Cu（片状）的存在。改编自参考文献[62]。表2中回顾的文献强调了最近关于Al2024合金的研究，强调了热处理、微观结构演变以及由此产生的机械和腐蚀性能之间的复杂相互作用。在Al-Cu基Al2024合金中，沉淀强化在中等温度下起主导作用；然而，在约300°C以上，固溶强化变得更加显著，因为沉淀物的溶解。先进加工方法，如高能球磨，产生了超细晶粒结构（约30 nm），从而显著提高了热稳定性和强度。热机械处理，包括等通道角压（ECAP）、快速连续挤压成形（RCEF）和传统挤压，细化了晶粒结构，促进了动态再结晶，并提高了强度-延展性平衡。热处理策略，如固溶处理、人工时效和回火-再时效，被广泛用于优化沉淀行为和定制机械性能，而淬火介质显著影响残余应力的发展。然而，富含Cu的沉淀物虽然对强化至关重要，但会不利地影响耐腐蚀性，突显了机械性能和环境耐久性之间的关键权衡。粉末冶金方法进一步改善了沉淀物的分布和均匀性，从而提升了整体性能。总的来说，这些研究表明，控制热机械加工和沉淀工程对于优化Al2024合金在高性能航空航天和汽车应用中的性能至关重要。表2. 钢铁合金（Al-Cu）进行沉淀硬化的文献综述。Ayd?n等人[63]研究了焊接后热处理（PWHT）对摩擦搅拌焊接（FSW）2024-T4铝合金接头机械性能的影响。研究发现，结合固溶处理和时效的PWHT通过形成细小、均匀分布的沉淀物显著提高了抗拉强度和硬度。最佳的PWHT条件还提高了疲劳抗性，与焊接状态下相比，微观结构分析显示精细的晶粒结构是性能提升的关键因素。然而，过度的热处理导致了过度时效，降低了机械强度。研究结果突显了精确控制PWHT对于优化FSW 2024-T4接头机械性能的重要性，为提高航空航天和结构应用中的焊接质量提供了宝贵见解。Sadeghi-Nezhad等人[64]研究了冷轧、双重时效和过度时效对Al2024合金抗拉性能和沉淀行为的影响。在两种不同的温度下对固溶热处理的AL2024板材进行了冷变形，并分析了它们对短期两步时效过程的影响。使用光学显微镜（OM）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和透射电子显微镜（TEM）评估了沉淀和机械性能的变化，包括抗拉强度和延展性以及微观结构演变。结果表明，冷轧显著提高了强度，同时略微降低了延展性，促进了通过位错生成形成的强化沉淀物。双时效过程中的短期时效比长期时效产生了更大的强度。TEM研究揭示了亚结构的发展和双重时效条件下存在的硬化沉淀物，但在最高强度水平下没有观察到明显的形态变化。在显微硬度和电导率的变化中也观察到了类似的趋势，双时效过程和过度时效状态下的强度都有变化。Genevois等人[65]定量研究了摩擦搅拌焊接（FSW）Al2024合金的沉淀和机械行为。研究表明，FSW导致焊缝区域的Guinier–Preston–Bagaryatsky (GPB)区域和S相沉淀物的部分溶解，降低了硬度和抗拉强度。热影响区表现出粗化的沉淀物，影响了延展性。优化的焊接参数通过最小化沉淀物的溶解提高了机械性能；微观结构分析将沉淀演变与性能联系起来，这是航空航天应用的关键因素。然而，该研究缺乏对沉淀物长期稳定性、耐腐蚀性和不同条件下的疲劳行为的详细洞察。Mahan等人[66]的研究主要目的是了解TiO2纳米颗粒对Al2024合金机械性能和微观结构的影响。在这项工作中，使用搅拌铸造方法将不同质量分数（0, 2.5, 5, 和7.5 wt%）的TiO2纳米颗粒添加到Al2024中。主要目的是研究TiO2纳米颗粒的添加如何影响搅拌铸造所得复合材料的微观结构和机械性能。扫描电子显微镜、X射线衍射和能量分散光谱用于分析样品的微观结构、元素组成和相组成。进行了抗拉和显微硬度分析以评估机械特性。结果表明，加入7.5 wt%的TiO2纳米颗粒使最大抗拉强度提高了37%，伸长率提高了71%，而硬度降低了14%。含有5 wt% TiO2的合金表现出最高的硬度。Cho等人[67]研究了通过使用锌基弹丸进行喷砂处理来强化Al2024表面。在最佳条件下（0.3 MPa，持续180秒），基材的表面硬度从65 HV显著提高到140 HV。这种增强效果归因于强烈的塑性变形与表面合金化的结合，导致在表面形成了锌基相。因此，形成了由铝和锌基相交替组成的层状结构。纳米晶铝和锌基相的平均晶粒尺寸分别约为87纳米和13纳米。Al2024表面硬化的主因被认为是这种层状排列的物理特性以及两相纳米晶粒的存在。此外，尽管经历了严重的塑性变形，但一些未溶解的沉淀物仍保持了其初始形态，这也被认为是提高表面硬度的次要因素。

Popoola等人[68]研究了使用钼（Mo）和锆（Zr）金属粉末混合物进行激光表面合金化的影响。他们的研究表明，硬度和耐磨性的提高是由于钼和锆金属粉末混合物的激光表面合金化作用。合金化表面的显微硬度达到了148 HV，远高于基材的24 HV。此外，通过钼和锆粉末合金化元素还降低了磨损率。Bhadauria等人[69]开发了一种通过钨弧焊形成表面复合材料的方法来提高Al7075-T6的耐磨性。研究表明，由于弧力和热输入的共同作用，表面复合材料的形成显著提高了耐磨性。经过改变的表面耐磨性是基体合金的三倍。这归功于细化的晶粒结构和铝颗粒的分散，这些颗粒在撞击过程中起到阻碍和承载作用。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，氧化铝颗粒在铝合金表面分布相当均匀。导致侵蚀性磨损的主要磨损机制是犁切和金属间位移。

Salleh等人[70]研究了激光表面硬化（LSH）对低碳钢表面硬度的影响。研究表明，LSH通过在受热影响区形成精细的马氏体微结构显著提高了表面硬度。优化的激光参数（包括功率和扫描速度）在提高硬度的同时减少了表面缺陷。微观结构分析表明，LSH过程中的快速加热和冷却促进了细小晶粒结构的形成，从而改善了机械性能。这些发现突出了LSH在提高低碳钢耐磨性方面的潜力。Chen等人[71]（2022年）研究了表面完整性对车削2024铝合金疲劳寿命的影响。研究发现，表面粗糙度、残余应力和微观结构显著影响了疲劳性能。优化的车削参数（如较低的切削速度和进给速率）减少了表面粗糙度并诱导了压缩残余应力，从而提高了疲劳寿命。微观结构分析显示，更细的表面晶粒提高了抗裂性。相反，较高的粗糙度和拉伸残余应力加速了裂纹的产生，降低了疲劳寿命。这些发现强调了控制车削过程对航空航天应用的重要性。

Sebastjan等人[72]研究了表面喷砂对各种铝合金（EN AW 2007和EN AW 6082）疲劳强度和硬度提高的影响。根据他们的观察，通过精确控制参数（如操作气压和质量流量），可以在表层形成强化的光学特性。两种合金的疲劳强度都有显著提高，且表层残余应力较低。此外，宏观和微观检查均建议使用较低的气压和相同的颗粒质量流量以避免表面缺陷。相比之下，较高的气压可能导致表面缺陷，从而导致材料失效。关于通过热处理提高铝合金表面硬度的研究尚未有相关报告。

Huang等人[73]（2011年）开发了一种提高时效硬化Al-Cu-Mg合金强度和延展性的方法。退火后的合金板在500°C下溶解1小时，然后水淬，在室温下保持一段时间，再轧制至厚度减少40%，最后在200°C、190°C和175°C下时效处理。研究表明，在保持良好延展性的同时，强度显著提高。该研究还表明，同样的方法也适用于其他可通过沉淀硬化强化的合金，并且比其他严重塑性变形工艺具有更大的潜力。Esmaeili等人[74]提出了一种热机械处理路线来实现沉淀硬化AA6xxx铝合金的晶粒细化。该过程结合了控制变形与时效处理，同时调控了再结晶和沉淀现象。这种处理在保持Al-Mg-Si体系固有的沉淀序列特性的同时，显著细化了晶粒，从而提高了强度和机械稳定性。与传统方法不同，这种技术整合了变形和热循环，为定制微观结构提供了更高效的方法。细化的晶粒尺寸提高了硬度，而没有影响延展性，为轻量化结构应用展示了潜力。这项工作强调了将热机械处理与沉淀硬化相结合以优化AA6xxx合金微观结构和机械性能的重要性，对其在汽车和航空航天行业中的应用具有现实意义。

Farè等人[75]研究了通过等通道角压（ECAP）和冷非对称轧制对Al-Mg-Si合金在严重塑性变形（SPD）后的时效行为的影响。研究表明，SPD显著细化了晶粒结构，增强了位错密度，并加速了沉淀动力学，从而改善了合金的时效硬化响应。ECAP产生了更均匀的超细晶粒结构，而非对称轧制引入了织构和应变梯度，导致了不同的沉淀路径。两种工艺都取得了比传统加工合金更高的硬度和强度，尽管强化的程度取决于所采用的变形方式。这项工作突显了SPD处理历史在控制微观结构演变、沉淀行为和机械性能方面的关键作用，为先进结构和轻量化工程应用中的Al-Mg-Si合金优化提供了宝贵的见解。

Gopi等人[76]旨在通过不同温度下的冷轧来提高AA6061 Al-Mg-Si合金的机械性能。他们在室温下的液态丙醇和液态氮中将合金轧制至0.7的真应变，然后分析了得到的微观结构和拉伸性能。液态氮轧制的样品表现出更优异的性能，屈服强度和抗拉强度分别为332 MPa和364 MPa，延展性为9%，与T6状态相比，抗拉强度提高了54 MPa，而延展性几乎没有下降。Kolar等人[77]研究了预变形（依次或同时与人工时效结合）对AA6060铝合金机械性能的影响。合金先经过溶液热处理，然后分别以2%到10%的预变形程度在190°C下时效处理（顺序模式）或在时效过程中进行变形（同时模式）。两组样品分别进行了拉伸测试和硬度测试以确定对机械性能的影响。结果表明，在较短的时效时间（10–100分钟）内，同时预变形的模式比顺序模式产生了更高的屈服强度和抗拉强度。然而，当时效时间延长到300分钟时，同一组样品的性能有所下降。

Mansourinejad等人[78]研究了沉淀硬化和冷加工对6061铝合金在不同处理下的拉伸性能变化的影响。研究人员对这种合金进行了多种选定的热机械处理。在180°C下单时效4小时后，通过更环保的风洞测试实现了性能提升。在双时效（第二次时效在相同条件下进行）之前，先对合金进行4小时180°C的预时效处理，显著降低了屈服强度。Mishra等人[79]比较了通过冷轧和峰值时效提高Al6061合金机械性能的效果。他们在不同预轧条件下对Al6061样品进行了冷轧，并进行了系统研究以确定合金的最佳时效条件。微观维氏硬度测试和单轴拉伸测试用于评估机械性能。结果显示，冷轧至更高的厚度减小显著提高了硬度和抗拉强度，优于峰值时效处理的样品。具体而言，冷轧获得的抗拉强度可与冷轧后的结果相当，而温轧（更复杂的严重塑性变形过程）则不然。Niranjani等人[80]研究了通过冷轧严重变形的AA6061 Al-Mg-Si合金。他们在室温和低温下对合金施加了约1.6的真应变，然后对轧制后的样品进行了时效处理。结果表明，两种轧制方式的样品都表现出显著的强化效果，抗拉强度提高了大约100 MPa（25%），且没有明显的延展性损失。 microscopy工作（TEM）使用正确的RAM模块显示，冷轧微观结构中含有细小的富Mn（Al6Mn）沉淀物。

Ozturk等人[81]研究了时效参数对6061-O铝合金成形性的影响，重点在于优化其适用于板材成形的机械性能。该合金经历了不同的人工时效条件，对其微观结构演变和拉伸成形性进行了评估。结果表明，时效温度和时间强烈影响了沉淀动力学、机械强度和延展性。低温时效提高了强度并保持了适度的延展性，而高温时效虽然加速了沉淀但降低了成形性。这突显了强度和成形性之间的权衡，表明控制时效可以优化机械行为。Chausov等人[82]的研究探讨了铝合金初始相组成对其在冲击-振动（动态非平衡）加载条件下屈服位点表现的影响。作者分析了基于Al-Cu-Mg-Mn的合金（包括2024-T351、D16ChATW和低合金化铝等级），以了解Cu、Mn和Mg含量的变化如何影响冲击-振动加载后的变形行为。结果表明，Cu含量较高的合金（特别是含有较高比例θ相（Al2Cu）的合金）表现出更明显和更持久的屈服位点。研究认为这是由于在冲击-振动加载过程中形成了耗散性的条纹状非晶结构，促进了局部塑化和合金微观结构的自组织。TEM观察确认了纳米级结构重排的存在。作者进一步提出，瞬态结构的有效剪切粘度随Cu含量的增加而降低，从而增强了应变局部化和扩展屈服位点的形成。总体而言，这项工作强调了初始合金化学成分在控制动态变形响应和机械性能方面的关键作用。

Toozandehjani等人[83]研究了人工时效对AA6061-T6铝合金机械性能和微观结构的影响。合金在220摄氏度下时效处理的时间从30分钟到8小时不等。研究人员随后使用光显微镜和SEM对合金进行了表征，并进行了拉伸测试。光镜和SEM结果显示，在常规时效过程中，2小时后合金中首先形成了与峰值硬度相关的沉淀物。经过2小时的时效处理后，继续时效会导致已存在的沉淀物增大。同时，其他测试表明，在2小时时效后合金的硬度最高（106 HV），屈服强度和抗拉强度也在同一时间窗口达到峰值，而伸长率从16%下降到14%。Guía-Tello等人[84]研究了30%冷轧变形如何改变2024铝合金在195°C时效过程中的沉淀动力学和机械性能。研究者使用了XRD、SEM-EDS和TEM来观察微观结构的变化，并通过维氏硬度测量来监测机械性能的变化。他们发现，在变形条件下沉淀合金会产生两个明显的硬化峰。然而，在无变形和变形条件下观察到的主要依次硬化峰都是S’（Al2CuMg）硬化峰。与无变形条件相比，变形条件下的维氏硬度峰值高约19%。Shettar等人[85]的最新研究探讨了单阶段和多阶段固溶时效处理对铝合金的影响。研究表明，传统的单阶段时效处理（包括固溶处理后淬火并在恒定温度下时效）能够形成增强硬度和强度的沉淀物。相比之下，多阶段时效处理通过在不同温度下进行时效，可以更好地控制沉淀物的形核、生长和分布，从而产生更细小、更稳定的沉淀物，加速沉淀过程，并延缓过时效现象。因此，多阶段处理比单阶段时效表现出更好的机械性能。研究结果强调，时效处理参数（如时效温度和时间）对微观结构演变和沉淀机制起着关键作用。

表3汇总了关于沉淀硬化铝合金的最新研究成果，特别是2024和6061铝合金。文献强调了热处理、热机械加工和表面工程对机械性能的综合影响。在基于Al-Cu的2024合金中，摩擦 Stir 钎焊（FSW）接头的T4状态热处理通过沉淀物重构和晶粒细化显著提高了抗拉强度、硬度和疲劳抗力。然而，过度时效可能会导致性能下降。冷轧后进行双阶段时效处理通过位错辅助沉淀作用增强强度，而在搅拌铸造复合材料中添加TiO2纳米颗粒可以提高抗拉性能，尽管过量添加可能会降低硬度。表面改性技术，如喷丸和激光合金化，通过形成纳米晶表面层和有利的相变进一步提高了硬度、耐磨性和疲劳寿命。同样，包括轧制、等通道角压（ECAP）、冷轧和混合热机械加工在内的热机械工艺能够促进晶粒细化，加速沉淀过程，并显著改善强度-塑性平衡，优于传统的时效处理方法。无论是在2024、6061还是其他相关的沉淀硬化体系中，文献一致表明，通过变形、时效和表面工程控制微观结构演变对于满足航空航天和汽车领域高要求（如高强度、耐疲劳性和耐用性）的应用至关重要。

3. 结论与进一步研究方向
总体而言，现有研究主要集中在铝合金的整体硬化方法上，而表面硬化技术仍较少探索。在理解表面微观结构演变、优化硬度梯度以及评估经过处理的合金的疲劳和耐磨性方面还存在重要空白，尤其是在Al1xxx系列合金中。大多数关于铝合金的研究都集中在整体硬化方法上，而对表面或表面硬化技术的关注较少。这留下了几个未充分研究的领域，包括为商业纯铝开发特定表面处理方法、理解表面微观结构变化、优化从表面到核心的硬度梯度，以及评估经处理表面在磨损和疲劳条件下的性能。解决这些空白可以显著提升铝在这些高要求应用中的功能性能。

目前针对Al1xxx系列合金（商业纯铝合金）的改进表面性能（如硬度和耐磨性）的研究非常有限。缺乏足够的研究来探讨如何改进或工程化Al1xxx合金，使其能够与钛或高强度钢等更昂贵或性能更好的材料竞争。大多数研究仅关注热化学、热机械和沉淀硬化的单独效应，而这些因素对工业级铝合金的综合影响仍有很大探索空间，从而影响了诸如硬度和耐磨性等表面性能。很少有研究将这些工艺系统地结合起来，以了解它们如何影响表面属性，包括疲劳强度、耐磨性和硬度。现有研究尚未充分探讨微观结构变化（如晶界行为、沉淀过程和扩散）与其对处理后Al1xxx表面机械性能的影响之间的关系。关于时效参数对硬化层深度和硬度梯度的影响也有不足，即缺乏关于不同时效条件如何影响硬化层深度以及材料从表面到核心的硬度变化的研究。针对Al1xxx合金（包括多阶段或低温时效）设计和验证新型或混合热处理工艺的研究也很有限。需要开发出既能提高表面硬度又能保持核心塑性的定制工艺，以拓宽工业应用范围。多变量优化技术（包括人工神经网络（ANN）等先进工具）在评估各种实验热处理方法所得性能方面的应用也尚未得到充分探索。这些工具可以帮助选择最佳参数，预测材料行为，并确定最有效的处理方法来提升铝合金的强度和表面性能。因此，全面研究热化学、热机械和沉淀硬化处理的协同效应对于开发高性能的表面工程铝部件至关重要，这有助于弥补当前材料研究中的重大空白。