新型铝基复合材料研究取得重要进展

近日，东北大学材料科学与工程学院科研团队在超细晶高Mg含量Al（Mg）-Al3Mg2复合材料的Al（Mg）基体中发现了高密度的堆垛层错。这一发现革新了铝合金因层错能高而难形成高密度堆垛层错的传统认知。相关研究成果以Stacking faults in a mechanically strong Al（Mg）–Al3Mg2 composite为题发表在Composites Part B: Engineering上。

以往有关金属基复合材料的研究表明，增强体与金属基体间的热膨胀系数存在差异，这种差异导致在快速冷却样品的异相界面处产生热应力，进而驱使界面向软相金属基体发射几何必须位错。另外，也有研究发现，当Al的晶粒尺寸低于临界尺寸值时，材料的塑性变形将发生由全位错主导向不全位错主导的转变。通过设计具有明显不同热膨胀系数的异质界面和利用塑性变形的晶粒尺寸效应，成功地向超细晶Al（Mg）-Al3Mg2复合材料中引入了高密度的堆垛层错。基于第一性原理的计算显示，Al-Mg合金的本征层错能随温度的升高而显著降低，这可能是形成高密度堆垛层错的原因之一。此外，超细晶结构则可能是助力晶界/界面发射堆垛层错的第2个关键因素。

该研究不仅拓宽了人们对铝基材料的晶格缺陷的认知，也为设计基于高密度堆垛层错强化的高强铝基材料提供重要理论依据。