球磨后经热压烧结的Al–Mn–Ce–Zr合金的微观结构与力学性能

Al–Mn–Ce–Zr合金通过高能球磨与热压烧结实现纳米强化和相调控，形成Al6Mn等细小析出相与纳米晶基体，显著提升室温（720 MPa）及高温（290 MPa）压缩强度和延展性。

摘要

为了开发一种在室温和高温下都具有较高强度的轻质合金，研究了Al–Mn–Ce–Zr合金在高能球磨和热压烧结过程中的微观结构及力学性能的变化。在球磨过程中，由凝固过程形成的λ-Al₄Mn、Al₂₀Mn₂Ce、α-Al₁₁Ce₃和D0₂₃-Al₃Zr相得到了细化并发生溶解。高能球磨使得合金形成了纳米级的过饱和固溶体，其晶粒尺寸约为20纳米；同时，富Mn相被尺寸约为10纳米的Al₆Mn相所取代。富含Ce的相促进了富Mn相的溶解和沉淀过程。经过约10小时的球磨处理后，合金中的Mn溶质含量达到了约2–3 wt%。在450°C的热压烧结过程中，粉末颗粒的周围形成了富Al的沉淀贫化区，这导致了较高的致密度和较低的孔隙率。这种处理方式促使了细小的Al₆Mn、α-Al₁₁Ce₃和D0₂₃-Al₃Zr相的沉淀，这些沉淀抑制了晶粒生长，使得合金在高温下的平均晶粒尺寸约为60纳米。由于具有纳米结构的基体和细小的沉淀物，烧结后的合金表现出优异的压缩性能：室温下的屈服强度约为720 MPa，极限压缩强度约为810 MPa，室温下的失效应变率为2.3 wt%；而在350°C的高温变形温度下，其屈服强度约为290 MPa。