南京理工《Acta Materialia》：大变形7075铝合金η相的温度相关性

严重塑性变形（SPD）由于能够有效制备超细晶材料，根据Hall-Petch关系获得良好的强化效果，并实现低温和/或高应变率超塑性而引起了极大的研究兴趣。高压扭转（HPT）和等通道角压（ECAP）是目前在铝合金加工过程中广泛应用的两种SPD技术。据报道，经HPT处理的AA7075的屈服强度为1 GPa，为了达到如此高的强度，必须激活多种强化机制，包括晶粒细化、应变硬化和析出强化等。了解不同温度下铝合金的析出演化一直是研究的主要焦点之一。η相（MgZn2）是Al-Zn-Mg-Cu合金的主要强化相，到目前为止，控制η相温度依赖性的动力学和热力学仍有待探索。目前尚不清楚在高温下形成的η相在低温处理下是否会出现化学不稳定现象。

南京理工大学和悉尼大学的一项共同研究利用两段HPT加工AA7075合金，对合金晶粒尺寸、析出相、溶质偏析进行了综合分析，了解控制η析出相的温度依赖性相关的动力学和热力学，探究了高温η析出相在低温HPT处理下的稳定性。相关论文以题为“Temperature-dependent-composition ofηphase in an Al-Zn-Mg-Cu alloy under high pressure torsion:Kinetics and thermodynamics”发表在Acta Materialia。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118181

本文原料为商用7075合金，加工成直径20mm，1.5mm厚圆盘，固溶处理为480℃×5h（水淬），而后进行两阶段HPT处理，第一阶段为200℃在6GPa下挤压3min用以稳定温度，后旋转10圈，处理之后水淬；第二阶段为室温或100℃下旋转0.5、1、5、10圈，处理之后水淬。

研究发现在200℃的HPT处理下，Al-Zn-Mg-Cu合金中形成的η相与在室温处理的合金中形成的η相具有不同的化学性质。η相（半径为4 nm）的Zn/Mg比从1.1:1增加到1.4:1，同时，在室温下，一步HPT形成的大η析出相中，大η颗粒的Cu浓度和Al浓度持续下降，低温HPT处理下高温η相的组成变化表明，热力学决定了铝合金中η相的化学成分，由动力学过程实现。在AA7075第二阶段HPT加工中首次观察到高Mg含量Al-Mg相，这与低温HPT处理下高温η相的分解有关。

图1 不同变形状态下的晶粒取向(a)第一阶段200℃旋转10圈；第二阶段在100℃下旋转(b)0.5；(c)1；(d)5；(e)10圈；第二阶段在室温下旋转(f)0.5；(g)1；(h)5；(i)10圈

图2 AA7075在不同条件下经过一阶段和二阶段HPT处理的三维重建Mg原子图

图3 在AA7075中不同尺寸η析出相的核心元素组成

图4 第二阶段室温处理下AA7075的三维重建并分析了晶界处的元素分布

AA7075第一阶段处理后的晶界处，Mg和Cu有明显的偏析。与第一阶段处理的样品相比，第二阶段样品在晶界处除Mg和Cu外，Zn的偏析更为明显，这与Zn在高温处理过程中从基体向η析出相的重新分配有关。低温HPT处理下η相，不同温度下的两段HPT加工为Al-Zn-Mg-Cu合金的新型析出相和控制晶界偏析提供了新方式。本文为Al-Zn-Mg-Cu合金中主要强化相η相的调控提供了理论基础。（文：破风）