研究人员研究了不对称冷冻轧制增强颗粒增强铝板机械性能的机制
我们不断探索外太空的努力需要在包括材料科学在内的各个领域取得重大技术进步。航空航天工业中使用的材料必须轻质且具有机械强度，这是很难实现的结合。幸运的是，金属基复合材料自二十世纪诞生以来已经取得了长足的进步，许多专家相信它们将成为近期太空应用的关键。
最有前途的金属基复合材料类型之一是用高熵合金颗粒(HEA p s)增强的铝基复合材料(AMC)，它可以赋予AMC优异的机械性能，包括高强度、耐久性和塑性。然而，HEA ps也会产生结构缺陷，例如微裂纹和微孔，这可能会带来问题。
在此背景下，中南大学于海亮教授领导的研究小组正在研究一种制造高性能HEA p /AMC平板的新方法。该团队于 2023 年7 月 21 日在线发布并于 2023 年7 月 1 日发表在《中国有色金属学会学报》第 7 期第 33 卷上的最新研究中，探索了一种有前途的技术，称为不对称冷冻轧制 (ACR)，该技术结合了冷冻轧制和不对称轧制 (AR) 的优点。
AR 是钢铁制造领域一项成熟的技术，涉及将金属板通过轧机。该工艺在板的厚度上均匀地施加大的剪切应变，这有助于减少缺陷的数量。AR 和 ACR 之间唯一的实际区别是它们的工作温度。AR 是在室温下进行的，而 ACR 是在使用液氮实现的低温下进行的。
之前的一些研究表明，ACR 可以提高 HEA p /AMC 板材的机械性能。但 ACR 过程中相应的强化机制以及 AMC 的机械性能和微观结构之间的联系仍不清楚。为了解决这一知识差距，研究人员使用 298 K 的 AR 和 77 K 的 ACR 制备了 HEA p /AMC 片材，并使用扫描和透射电子显微镜技术以及拉伸和硬度测试对其进行了分析。
他们发现通过 AR 和 ACR 制备的板材之间存在重要的微观结构差异。低温加工生产的板材具有更少的微孔、更细的晶粒尺寸和更高的位错密度。此外，机械测试表明，ACR 板材比 AR 板材明显更具延展性和强度。“通过 ACR 制备的 3 wt% HEA p /AMC的极限拉伸强度达到 253 MPa，比通过 AR 制备的片材高出 13.5%， ”Yu 教授强调道。
研究人员得出结论，观察到的 ACR 和 AR 之间的差异主要是由于 HEA p /AMC 的体积收缩效应。“铝合金的体积收缩效应越大，铝对增强 HEA p的包裹就越紧密。这加强了基质和颗粒之间的结合， ”于教授解释道。由于在低温环境下体积收缩效应较大，ACR对于防止HEA p / AMC板材因大塑性变形而产生的缺陷具有显着的作用。”
总体而言，这些研究结果表明，ACR 可以在开发航空航天和汽车行业的新型合金方面发挥关键作用，甚至可能成为未来高性能材料的首选技术。
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