应力场－强电场耦合作用下铝合金时效行为及其机理研究

作为特殊的能量形式，应力场和电场处理相对传统能量场处理对材料时效行为的影响有很大不同。本项目以Al-Cu合金作为考查对象，(1)设计并制造同时提供应力场、强静电场的时效装置，考查单一场作用下合金时效行为，评估其对合金时效热力学、动力学的影响，(2)研究应力场－强电场耦合作用下合金时效过程微观组织演变及其机理，(3)从空位型缺陷影响合金时效过程的角度出发，利用正电子湮灭技术揭示在多场耦合条件下点缺陷的数量、分布及能量变化对其时效行为的影响，（4）以第二相粒子强化机理为基础，建立可表征多场耦合条件下合金的析出相特征结构－力学性能及物理性能之间关系模型，(5)利用第一性原理，揭示多场耦合－析出相形貌－性能相关性。本项目的研究将揭示多场复合作用下合金时效机制及其物理本质，为发展新的时效制度，调控析出相形态，优化合金性能提供科学依据。

作为特殊的能量形式，应力场和电场处理相对传统温度场处理对材料时效行为的影响有很大不同。本项目利用自制的多场耦合时效装置，采用TEM、正电子湮没等检测手段和第一性原理计算考查外场条件下Al-Cu合金时效过程微观组织演变过程及其机理，研究表明：(1)应力场改变基体与第二相的界面能特性来影响微观组织和析出行为。使界面能随着应力场幅度的增强而降低。界面能变化影响了界面的择优形成和临界形核功的下降，析出变得容易和择优取向性。(2)静电场改变了空位和固溶原子的能量特性，加快了Al-Cu合金基体当中过饱和固溶体析出强化第二相的进程。(3)多场耦合时效下微观组织呈现与应力时效相似第二相择优分布，由于静电场的作用，在早期硬度表现高于常规应力时效的效果。(4)给出了一种多场耦合条件下合金的析出相特征与合金性能之间的关系模型。提供了一种基于优化合金性能、调控析出相形态的新型外场耦合时效制度的控制思路。