強度和塑性作為金屬材料的兩個基本力學性能通常是互斥的，即強度的增加要以犧牲塑性為代價，反之亦然。這個規律同樣適用于鋁基復合材料，這是因為所引入的增強顆粒與鋁基體的界面錯配度通常較高，從而使得位錯在形變過程中塞積于界面處產生應力集中，并導致加工硬化速率降低，進而對材料塑性產生不利影響。

法國科學院UMET實驗室的嵇罡研究員與上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室的陳哲教授合作研究提出，通過界面誘導析出行為對納米顆粒/鋁合金基體界面進行調控理論上可以克服上述問題，從而使其同時具備高強度和高塑性。基于此，相關研究人員選取常用的納米TiB2顆粒為增強相，傳統的Al-Zn-Mg-Cu合金為基體，開展實驗對上述理論進行了驗證。研究表明在TiB2/Al界面處原位析出了 (Zn1.5Cu0.5) Mg界面相，且由此生成的TiB2/(Zn1.5Cu0.5)Mg/Al復合界面大幅降低了原界面的錯配度，提高了界面結合強度。此界面誘導析出機制相關人員此前已經以“Atomic-scale investigation of the interface precipitation in a TiB2 nanoparticles reinforced Al-Zn-Mg-Cu matrix composite”為題發表于金屬材料領域頂級期刊Acta Materialia上。論文第一作者為巴黎薩克雷大學/法國科學院的馬毓博士。此研究獲得了國家留學基金委、the Conseil Regional du Nord-Pas de Calais、以及the European Regional Development Fund的支持。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S135964541930816X

后續研究表明，通過界面誘導析出機制大幅降低納米TiB2顆粒與Al-Zn-Mg-Cu合金基體的界面錯配度之后，形變過程中位錯不易塞積于兩者界面處，而是傾向于以Orowan位錯環的形式與顆粒發生相互作用，這有效地促進了位錯增殖和隨后的位錯湮滅，提高了加工硬化速率，從而使TiB2/Al-Zn-Mg-Cu復合材料同時具備了高強度和高塑性，證實了界面誘導析出調控機制的可行性。此機制理論上可適用于各類納米顆粒增強時效析出鋁合金基體復合材料，為克服鋁合金材料強度-塑性之間的互斥困境提供了一條新途徑。相關研究近期以“Break through the strength-ductility trade-off dilemma in aluminum matrix composites via precipitation-assisted interface tailoring”為題發表于金屬材料領域頂級期刊Acta Materialia上。

論文第一作者為巴黎薩克雷大學/法國科學院的馬毓博士，共同第一作者為上海交通大學的陳漢博士。此研究獲得了國家留學基金委、國家自然科學基金、the Ministère de l’Enseignement Supérieur de la Recherche et de l’Innovation、the region “Hauts-de-France”、the ERDF program of the European Union、以及the “Métropole Eu-ropéenne de Lille”的支持。本工作的其他主要合作者還包括澳大利亞昆士蘭大學張明星教授，中南大學孔毅副教授，德國亥姆霍茲吉斯達赫研究中心Hereon甘為民研究員等。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645422008473

圖1 TiB2/7075Al-PA復合材料中的界面誘導析出行為使TiB2/Al界面轉變為TiB2/(Zn1.5Cu0.5)Mg/Al復合界面。

圖2 HRSTEM-HAADF的結果表明，該TiB2/(Zn1.5Cu0.5)Mg/Al復合界面具有較低的界面錯配度，其形成可以顯著提高原TiB2/Al界面的共格性。

圖3 具有TiB2/(Zn1.5Cu0.5)Mg/Al復合界面的TiB2/7075Al-PA復合材料表現出良好的綜合力學性能，克服了傳統鋁基復合材料強度與塑性之間的互斥難題。

圖4 塑性變形機理示意圖。具有TiB2/(Zn1.5Cu0.5)Mg/Al復合界面的TiB2/7075Al-PA復合材料在變形過程中位錯不易塞積于顆粒與基體的界面處，而是傾向于以Orowan位錯環的形式與顆粒發生相互作用。而顆粒周圍的Orowan位錯環可以在形變過程中進行分解，緩解顆粒周圍的位錯塞積，為后續位錯增殖提供新的空間，從而使得復合材料加工硬化速率增加，塑性提高。