东北大学周登山副教授、张德良教授团队在高Fe含量轻质铝合金材料研究上取得重要成果

近日，东北大学联合上海交通大学、德国马普可持续材料研究所（原钢铁研究所）、美国犹他大学、重庆大学和华东理工大学等科研单位，分别以“Deformation faulting in ultrafine-grained aluminum alloys-Nucleation mechanisms and critical assessment of strengthening-ductilization contributions”和“Tuning generalized planar fault energies to enable deformation twinning in nanocrystalline aluminum alloys”为题在期刊Acta Materialia与International Journal of Plasticity发表高铁（Fe）含量轻质铝合金材料领域重要研究成果。

随着全球对循环经济的日益重视，如何将经济和人口增长与资源消耗及金属的原材料生产进行脱钩成为一项亟待解决的重要问题。而解决这一重大挑战的可行思路是实现金属结构材料的永续再生。铝作为应用最广泛的有色金属，其生产工艺属于高能耗（所需能量是钢铁生产的十倍以上）与高排放（温室气体排放量占工业总量的3%）过程，这为国家推行的节能与环保政策带来了巨大的压力。作为一种可持续回收材料，与原铝的生产相比，重熔1公斤铝废料可节省高达90%的能源，并减少多达95%的温室气体排放。因此，铝的可持续回收再生是全球循环经济战略的关键组成部分。

然而，为了实现基于重熔路径的可持续回收再生铝（特别是变形铝合金）的高质化利用，共识的解决之道是大幅提升杂质Fe在变形铝合金中的容限值。这无疑需要科研人员深化对Fe在合金中的累积与赋存状态的理解。

本研究选取了高镁（Mg）轻质变形铝合金为模型材料，通过人为添加重量比为1% 的Fe，并结合大塑性变形与热机械加工技术，系统、深入地探究了Fe在不同加工路径下的演变行为。通过融合多尺度表征技术，发现机械合金化驱使过量Fe元素溶解于Al晶格，形成过饱和固溶体合金，同时驱动晶界发射不全位错并形成大量堆垛层错和少量孪晶。在随后的热挤压固结过程中，过量Fe发生脱溶，并与Al发生反应，最终以纳米级/超细尺寸的金属间化合物颗粒均匀弥散分布于合金基体中。遗憾的是，基于变形态的显微组织观察与堆垛层错的强化评估，进一步发现，堆垛层错对材料的强塑性贡献比较有限，有待于进一步优化。

两篇论文的第一作者均为张景藩博士生，共同通讯作者为上海交通大学杨超助理教授、德国马普可持续材料研究所李跃博士、东北大学潘虎成教授和东北大学周登山副教授。研究得到了国家自然科学基金项目与“科技兴蒙”上海交通大学行动专项项目的支持。