盖世汽车讯 颗粒增强铝基复合材料（PRAMC）是一种利用纳米颗粒来增强铝基体的复合材料，在航空航天和汽车行业中表现出巨大的应用潜力。这些材料结合了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，因此在提高能源效率和减少排放方面被汽车和航空航天行业视为最有希望和最经济的材料。然而，PRAMC的强度和延展性互相制约，严重限制其应用。

据外媒报道，为了解决这一长期存在的挑战，由南京理工大学材料科学与工程学院纳米异构材料中心的聂金凤教授和赵永好教授领导的团队开发了一种新策略，可以提高PRAMC的强度和延展性协同作用。这项研究成果发表在《中国有色金属学会会刊》上。

赵教授解释了他们的研究动机：“研究表明，增强颗粒的空间构型对提高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构成，可以提高传统材料的强度和延展性。因此，我们开发了一种策略，通过引入异质结构并调节其颗粒构型来改善PRAMC的力学性能。”

研究人员首先利用液固反应制备了异质结构氮化铝/铝（AlNp/Al）复合材料，然后进行热挤压。所得到的复合材料由分布在Al基体内的大簇AlNp颗粒组成，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。聂教授表示：“在塑性变形处理过程中（如轧制、高压扭转等），材料中会积累较大的塑性变形，这可以调节异质微型结构。”热轧在500℃下进行，等效应变为0.7–1.4。

根据等效应变，此次实验形成了三种具有不同AlN p空间构型的复合材料。这三种复合材料分别称为簇状AlNp/Al、网状AlNp/Al和均匀状AlNp/Al，分别表现出簇状、网状和均匀分散的颗粒分布。在评估这些复合材料的机械性能时，研究人员发现，随着颗粒细化，它们的性能有所提高。

值得注意的是，均匀状AlNp/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为334.6 Mpa和387.4 Mpa，比簇状AlNp/Al复合材料分别提高55 Mpa和52.9 Mpa。此外，断裂伸长率从6.8%提高到9.1%，这表明强度和延展性达到了极好的平衡，优于以前报告的铝基复合材料。

此外，研究人员还发现，异质变形诱导（HDI）应力，即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，在提高复合材料的强度和延展性方面发挥了重要作用。均匀状AlNp/Al复合材料的HDI应力最大。赵教授表示：“这项策略将为设计具有卓越强度和延展性组合的复合材料提供新的见解和指导。”

总体而言，这项研究结果为开发新型复合材料铺平了道路。这些材料将有助于减少排放，并提高汽车和飞机的效率。