高压扭转变形对AA2195–0.025 wt% Sc合金的机械化学效应及其机制研究

来自材料科学领域的研究人员通过高压扭转（HPT）技术系统研究了AA2195–0.025Sc合金在剧烈塑性应变下的微观结构与化学演化。研究发现，应变诱发Al3(LiScZr)和Al2Cu析出相溶解及晶界偏聚，并通过扩散机制揭示了Li、Sc、Zr元素的迁移行为，为高性能合金设计提供了理论依据。

　　

研究团队通过实验探究了AA2195–0.025Sc（含0.025重量百分比钪的铝锂合金）在高压扭转（High-Pressure Torsion, HPT）处理下的机械化学变化。该合金在室温下经历HPT变形后，利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子探针层析技术（Atom Probe Tomography, APT）系统表征了其微观结构与化学成分演变。

研究发现，当应变达到1.0时，合金中的Al₃(LiScZr)和Al₂Cu析出相开始溶解，同时晶粒发生破碎；这一过程持续至应变为4，此时析出相完全消失，并在晶界处出现明显溶质偏聚。在更高应变条件下，偏聚的溶质元素（Li、Sc、Zr）在晶界、三叉晶界和HPT诱导的空位团簇处形成纳米团簇。

通过扩散计算分析，研究人员揭示了HPT引入的大量空位、位错和晶界显著提升了溶质原子的迁移能力：Li的扩散增强主要源于空位、位错和晶界的高密度分布，而Sc和Zr则通过晶界迁移时的溶质拖曳效应实现扩散增强。研究还指出，再析出相中Sc含量升高、Zr含量降低的现象，可能与Sc沿晶界的快速扩散以及Zr在晶界处的捕获行为密切相关。

这一发现深化了对剧烈塑性变形中化学—机械耦合效应的理解，为先进高强铝合金的微观结构调控提供了重要理论支撑。