颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)是一种以纳米颗粒增强铝基体的材料，在航空航天和汽车工业中具有巨大的应用潜力。这类材料兼具铝基体和增强颗粒的优点，包括高比强度、高比模量和良好的耐磨性。

因此，PRAMC 被认为是提高汽车和航空航天工业能源效率和减少排放的最有前景和最经济的材料。然而，PRAMC 的强度和延展性之间的权衡严重限制了其应用。

为了解决这一长期存在的挑战，南京理工大学材料科学与工程学院纳米与异质材料中心的聂金峰教授和赵永浩教授领导的中国研究团队开发了一种新策略来提高 PRAMC 的强度和延展性协同作用。他们的研究成果于 2024 年 5 月 2 日在线发布，并发表在《中国有色金属学会会刊》上。

赵教授解释了他们研究的动机：“研究表明，增强颗粒的空间结构对提高 PRAMC 的强度和延展性起着至关重要的作用。此外，在铝基体中引入异质结构，该结构由与本体性质截然不同的纳米颗粒区域组成，可以提高传统材料的强度和延展性。

“因此，我们制定了一种策略，通过引入异质结构并调节其粒子结构来改善PRAMC 的机械性能。”

研究人员首先利用液固反应制造出异质结构氮化铝/铝 (AlN p /Al) 复合材料，然后进行热挤压。所得复合材料由分布在 Al 基质内的大量 AlN p颗粒簇组成，这对机械性能不利。为了调节空间颗粒分布，研究人员对挤压复合材料进行了热轧。

聂博士解释说：“在塑性变形处理过程中，例如滚压、高压扭转等，材料中会积累较大的塑性变形，从而可以调节异质微观结构。”热轧在500 ℃下进行，等效应变为0.7-1.4。

根据等效应变，形成了三种具有不同 AlN p空间结构类型的复合材料。这三种复合材料分别称为簇状 AlN p /Al、网络状 AlN p /Al 和均匀状 AlN p /Al，分别表现出簇状、网络状和均匀分散状的颗粒分布。在评估复合材料的机械性能时，研究人员发现，随着颗粒细化，复合材料的性能有所提高。

值得注意的是，均匀AlN p /Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为334.6和387.4 MPa，比簇状AlN p /Al复合材料高55和52.9 MPa。此外，断裂伸长率从6.8%增加到9.1%，这表明强度和延展性达到了极好的平衡，优于以前报道的铝基复合材料。

此外，研究人员还确定，异质变形诱导(HDI)应力是指由于组成材料的不同变形行为而在复合材料中产生的应力，对于增强复合材料的强度和延展性发挥了重要作用。 。均匀 AlN p /Al 复合材料中的 HDI 应力最高。

赵教授强调了这项研究的重要性，他说：“我们提出的策略将为具有卓越强度和延展性组合的复合材料的设计提供新的见解和指导。”

总体而言，该研究的结果可以为新型复合材料的开发铺平道路，从而有助于减少排放并提高汽车和飞机的效率。

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