多道次挤压工艺定制异质纳米增强Tip/AZ31层状复合材料实现强度-塑性协同提升

这篇研究通过多道次挤压工艺成功制备了Tip/AZ31异质层状复合材料（HLC），解决了镁基复合材料（MMCs）强度-塑性倒置的难题。该材料通过软（AZ31层）/硬（TAZ层）域应变协调和异质变形诱导（HDI）强化机制，实现了显著的加工硬化与微裂纹钝化效应，为金属基复合材料性能调控提供了新思路。

　　

亮点

本研究通过创新性多道次挤压工艺，成功构建了具有软硬交替层状结构的Ti_p/AZ31异质复合材料（HLC），其屈服强度（YS）和均匀延伸率（UE）分别比均质材料提升38%和260%，突破了传统镁基复合材料（MMCs）的性能瓶颈。

力学性能

拉伸测试显示（图2a），异质结构HLC样本展现出惊人的强度-塑性平衡：其极限抗拉强度（UTS）达320 MPa，同时保持15%的均匀延伸率。这种协同效应归因于硬质TAZ层（HLC_TAZ）的应力承载能力和软质AZ31层（HLC_AZ31）的应变协调作用。

应变协调与加工硬化

通过电子背散射衍射（EBSD）分析3%应变样本发现（图5），软硬层交界处存在显著的几何必需位错（GNDs）梯度。这些位错像"微型弹簧"般缓冲应力集中，同时在AZ31层诱发额外加工硬化，使材料在变形过程中产生持续的强化效应。

结论

1. 多道次挤压工艺是构建可控异质层状结构的有效方法，软硬域体积比可通过工艺参数精确调控；

2. 异质界面处的GNDs堆垛形成内应力场，产生强效HDI强化，其贡献度达总体强化的42%；

3. 独特的台阶状裂纹扩展形貌证实软层具有优异的裂纹钝化能力，该发现为设计抗断裂MMCs提供了新范式。