目前7xxx系鋁合金，尤其是7075鋁合金（AA7075）引起了相當大的關注。主要是由于其在航空航天和汽車工業結構部件中有著重要而不可替代的作用。但目前仍有一些長期存在的問題，比如晶粒及析出粗化、熱裂以及金屬間化合物和共晶相通常沿晶界分布等，阻礙了它們的廣泛應用。而合金組織在很大程度上決定了它的機械性能。為了優化其性能，濟南大學材料科學與工程學院Min Zuo（第一作者）等人將TiC納米顆粒（NPs）的納米處理方法用于處理AA7075合金。通過該方法還研究了凝固速率的影響以及納米處理AA7075的微觀結構控制機理。相關論文以題為“Microstructure Control and performance evolution of Aluminum Alloy 7075 by Nano-treating”發表在Scientific Reports。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41598-019-47182-9

在這項工作中，科研人員利用納米處理技術將其低百分比的納米粒子用于金屬或合金的微結構控制和性能調整。具體制備方法主要通過熔鹽輔助加工法制備的母體納米復合材料引入到鋁基體中，發現主要以微米級團簇的形式存在，放大后可以發現，TiC納米顆粒（NPs）在納米顆粒的富集區分布得十分均勻，進一步提高了合金的納米處理效果。

另外科研人員還提供了傳統方法和納米處理的AA7075合金的凝固過程對比示意圖，通過采用TiC NPs的納米處理AA7075的固化工藝，納米處理的AA7075的微觀結構得到了明顯變化。研究發現，隨著均勻分散的TiC納米顆粒（NPs）的存在，第二相漸漸沉淀，顯著改變了它們的外觀結構。

隨著合金晶粒尺寸的細化和第二相的改性，多數枝晶轉化呈細小的等軸晶粒（小于20μm），并且連續層狀共晶相被優化分離，并且發現納米顆粒作用可有效增加形核作用，降低過冷度，大大提高形核率。納米處理的AA7075的機械性能將得到明顯改善，從而高效地改善了力學熱穩定性。

AA7075合金的凝固過程示意圖

這項新穎的納米處理方法推動了鋁合金的微結構控制和性能改進。主要作用機理除了通過釘扎在晶粒邊界上的行為來限制生長的因素外，TiC納米顆粒（NPs）還可以用作有效的異相形核位點和優良改性劑，以優化微觀結構，從而改善AA7075的機械性能。盡管文章中主要是針對AA7075鋁合金，該方法有望在其他系鋁合金等其他商用金屬中得到運用，這項技術如果得以推廣，將有利于大規模合金獲得性能優化，尤其高標準、高性能及高要求性能的鋁合金。這種新穎的納米處理方法還有望為其他許多金屬或合金的微觀結構控制和性能增強提供重要的新機會。