全球向碳达峰和碳中和的推进使得轻量化运输成为节能和减排的关键途径[1,2]。在铝合金中，6000系列，特别是6061合金，因其特定的强度、成形性和耐腐蚀性而成为结构部件和电池外壳的理想选择[[3], [4], [5], [6], [7]]。有多种熔焊方法可用于连接铝合金，如激光焊接或电子束焊接[8,9]。金属惰性气体（MIG）焊接工艺在工业上广泛用于连接钢材[[10], [11], [12]]，但在连接铝合金时存在一些困难。孔隙形成是铝合金熔焊（包括MIG焊接）的一个固有问题[13,14]。尽管固态摩擦搅拌焊接（FSW）可以消除孔隙形成，但无法避免焊缝区域（HAZ）的强度损失，尤其是在6061合金中[15,16]。此外，由于6061铝合金具有较宽的凝固温度范围和不足的晶间生长[17], [18], [19]，在熔焊过程中容易发生热裂纹。受控的无填充搭接焊接测试证实，该合金比2024和7075合金更容易开裂[20]。
减轻热裂纹倾向的策略通常分为两类：工艺控制和冶金改性。工艺控制方法可用于调整熔池热条件，包括优化热输入[21]、调整焊接参数[22,23]以及应用外部物理场，如超声波振动[24]和电磁搅拌[25]。尽管这些方法有效，但它们要求设备具有较高的精度和稳定的运行条件，且加工窗口较窄，限制了其工业应用的可扩展性。在冶金改性领域，相关研究主要集中在开发化学成分与基材（BM）不同的填充焊丝上，以控制焊缝区（WZ）的微观结构。常见的例子包括Al–Si填充焊丝（如4043），通过Al–Si共晶形成来改善晶间生长[26,27]，以及添加Sc和Zr来促进异质形核[28,29]。虽然这些方法部分抑制了热裂纹，但WZ中的化学不均匀性导致与BM的性能不匹配[30,31]，还增加了由于电位差引起的局部电偶腐蚀风险[32]。战略元素（如Sc）的高成本进一步限制了它们的广泛应用[33]。从可持续性的角度来看，使用填充焊丝引入不同的合金元素会污染回收材料流，复杂化净化过程并阻碍闭环回收[34,35]。
在这种背景下，一种确保填充焊丝与BM化学成分一致的焊接策略能够实现性能兼容性并支持可持续的合金回收。这种方法符合材料元素化的概念，有助于循环经济中的价值提升[36]。然而，仅通过使用与BM成分匹配的填充焊丝无法完全克服6000系列合金的固有凝固裂纹倾向[37]。
为了提高这种成分匹配接头的可焊性，可以采用冶金策略。一种途径是通过先进的合金设计和热机械处理来改进填充焊丝本身的性能[38]。另一种更直接且保持成分的方法是引入外源陶瓷纳米颗粒（如TiC、WC）。这些颗粒主要在熔池中作为惰性的物理晶粒细化剂，这种机制与其他焊接过程不同[39]。
最近的研究表明，纳米颗粒强化可以通过细化WZ中的凝固微观结构来解决这一问题。当焊接7075铝合金时，向填充焊丝中引入TiC和TiB
2等纳米颗粒可以显著细化WZ中的晶粒[40,41]。例如，添加1.7 vol%的TiC可将WZ中的平均晶粒尺寸从70.5 μm降低到9.4 μm[37]。这些颗粒作为异质形核基底，促进等轴晶粒的形成，并通过Zener钉扎作用阻止晶界迁移，从而优化了低熔点共晶相的分布[41]。
尽管取得了这些进展，但对MIG焊接过程的研究仍然有限。一个显著的问题是：大多数研究集中在7000系列合金上，而6000系列在工业上更为普遍，且面临更严重的可焊性挑战。此外，纳米颗粒对焊后热处理（PWHT）期间析出行为的影响尚未得到充分理解。在本研究中，将TiC纳米颗粒引入6061–TiC填充焊丝中，系统地揭示了纳米颗粒强化在同时调节凝固微观结构和PWHT期间后续析出行为中的协同效应。研究结果旨在提供机制洞察和实验证据，支持6000系列铝合金的高性能、可回收焊接技术。
