通过控制冷却速率来设计界面层，从而显著提升TiB2增强AlSi10MnMg合金的机械性能

《Materials Characterization》：Cooling-rate-mediated interfacial layer design for synergistic enhancement of mechanical performance in TiB2 reinforced AlSi10MnMg alloys

　　

辉峰 | 边泽宇 | 吴宇洲 | 王一浩 | 李阳 | 钟胜义 | 陈哲 | 王浩伟 | 王明亮

上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，中国上海 200240

摘要

随着电动汽车对轻质结构部件需求的增加，压铸铝硅合金的重要性日益凸显。然而，这些合金的强度-延展性协同效应不足。尽管TiB₂颗粒可以增强合金的性能，但颗粒团聚通常会降低这种效应。本文通过相图设计，对Ti和Sc进行了合金化处理，以优化TiB₂增强型AlSi10MnMg合金的性能。随后，通过控制冷却速率来调节Al/TiB₂界面结构，从而优化颗粒分布。亚快速凝固实验、电子显微镜观察和理论分析表明，在中等冷却速率（约700 K/s）下，TiB₂表面会形成亚稳态的L1₂-Al₃(Ti, Sc)界面层，这提高了结晶粒子的成核效率和颗粒分布。第一性原理分子动力学模拟进一步证实，L1₂界面层的存在稳定了预成核层，并促进了相干有序排列，说明晶格兼容性而非溶质富集是决定异质成核效率的关键因素。因此，优化后的合金具有优异的机械性能（抗拉强度σ_y = 160.7 MPa，伸长率ε_f = 6.9%），打破了典型铝硅合金中的强度-延展性权衡。通过强化模型和代表性体积元素模拟，阐明了这种协同效应的机制。总体而言，本研究确立了基于冷却速率控制的界面工程策略，为设计适用于高要求应用的新一代轻质压铸铝硅合金提供了新的思路。