双峰尺度（亚微米+纳米）颗粒协同增强铝基复合材料的力学性能突破

（编辑推荐）本研究通过高能球磨（HEBM）-热压-热挤压联用技术，成功制备出具有双峰尺度（亚微米+纳米）Al2O3颗粒增强的铝基复合材料（AMCs）。该材料通过亚微米颗粒晶界分布与纳米颗粒晶内半共格界面的协同作用，实现585 MPa超高屈服强度（YS）和8.3%延展性，其强化机制涵盖奥罗万（Orowan）强化、几何必须位错（GNDs）和载荷传递等多重效应，为航空航天轻量化材料设计提供新思路。

　　

Highlight

一种新型双峰尺度（亚微米+纳米）颗粒增强铝基复合材料通过高能球磨（High Energy Ball Milling, HEBM）、热压和热挤压联用技术成功制备，展现出卓越的力学性能。该复合材料具有独特的微观结构特征：亚微米颗粒均匀分散于铝晶粒间，而纳米颗粒则完美分布在铝基体内部，形成半共格界面。这种双峰分布有效阻碍位错运动并抑制晶粒生长，最终形成具有超高密度位错的超细晶铝基体。

Results and discussions

扫描电镜（SEM）图像显示（图2a-b），双峰颗粒在铝基体中呈均匀分布——白色箭头标注亚微米颗粒，橙色箭头指示纳米颗粒（平均尺寸33 nm）。通过氧含量计算得出原位合成纳米颗粒体积分数达3.6%。这种结构使复合材料获得585 MPa的惊人屈服强度（YS），远超传统双峰增强铝基复合材料，同时保持8.3%的延展性。强化机制解析表明：

1. 1.

   晶内纳米颗粒通过奥罗万（Orowan）机制产生主要强化贡献

2. 2.

   亚微米颗粒在晶界处形成位错缠结（dislocation tangles）和位错墙（dislocation walls）

3. 3.

   几何必须位错（GNDs）与载荷传递效应协同作用

Conclusions

本研究的核心发现可总结为：

1. 1.

   双峰颗粒呈现差异化分布特征：亚微米颗粒定位于晶界，纳米颗粒占据晶内与晶界并保持半共格关系

2. 2.

   位错增殖（dislocation accumulation）是强韧化的关键，表现为位错塞积、缠结等多维缺陷结构

3. 3.

   多重强化机制（晶粒细化、载荷传递、GNDs、Orowan）的协同效应突破传统AMCs强度-延展性平衡