1.1 5052铝镁合金介绍

5052铝镁合金镁含量在2.2~2.8wt%，研究表明，镁的加入可以减缓回复速率（具体原因下文中会有提及），进而可以承受更大的变形量，使得最终的等轴晶晶粒尺寸更加细小[3]。如图1.1[4]所示，在共晶温度724K时，Mg在铝中的固溶度最高，可达17.4％，但在室温下约为1.7％，这就表明固溶度随温度的改变变化很大。Al的原子直径(2.86Å)要比Mg的原子直径(3.20Å)小，所以能形成强的固溶强化。Al-Mg合金中Mg的溶解度随温度的降低急剧减少，但是存在沉淀相难形核且核心少、尺寸大等因素使得Al-Mg合金的时效效果差，通常不能时效强化[4]。5052铝镁合金的成分表如图1.2[5]所示：

1.2梯度结构材料介绍

由于材料表面到基体受力情况是梯度分布，导致应变和应变率也存在梯度分布，如图1.1

（a）[6]所示，应变和应变率随深度的增加而减小，最终制得包括晶粒尺寸、晶界体积的晶体结构上存在梯度分布的梯度结构材料，而这些材料都呈现很好的综合力学性能，为新型材料的进一步发展提供了更多的可能性。

图1.1（a）梯度结构应变、应变率随距表面深度的变化及微观特点及[6]（b）梯度纳米结构的分类主要包括：梯度纳米晶粒结构、梯度纳米孪晶结构、梯度纳米层片结构和梯度纳米柱状结构[7]

近几年的研究表明，对纳米结构进行多级构筑尤其是梯度纳米结构构筑，能够有效地克服纳米结构性能的缺陷并且同时发挥其性能优势。梯度纳米结构是指材料的晶粒尺寸等结构单元的尺寸在空间上呈现出梯度变化或分布，即从纳米尺度连续增加到宏观尺度[8]。也即纳米结构组成材料表层而粗晶结构组成材料内部，并且两部分之间的结构单元尺寸连续变化，形成梯度。在相组成和化学成分相同的情况下，梯度纳米结构可分为四种基本类型[9]，如图

1.1（b）所示。（1）梯度纳米晶粒结构：晶粒尺寸呈梯度变化；（2）梯度纳米孪晶结构：孪晶/基体层片厚度呈梯度变化，晶粒为对数分布；（3）梯度纳米层片结构：二维层片状晶粒的层片厚度呈梯度分布；（4）梯度纳米柱状结构：一维柱状晶粒的直径呈梯度分布。卢老师从硬度梯度与耐磨性、强度与塑性的匹配、疲劳性能、表面变形粗糙度、表面合金化等方面对梯度纳米结构材料的主要性能特点进行了详细介绍。对于梯度纳米结构材料的制备，总的来说可归结为表面压入式梯度变形、表面碾磨式梯度变形、表面碾压式梯度变形三类。如图1.2[10]所示。

图1.2三种梯度塑性变形方式:表面压入式梯度变形、表面碾磨式梯度变形和表面碾压式梯度变形[10]

1.3剧烈塑性变形致超细晶铝镁合金研究进展

1.3.1剧烈塑性变形介绍

SMAT、RASP等制备梯度纳米结构材料中比较广泛使用的技术都属于剧烈塑性变形的范畴。剧烈塑性变形（SPD）方法已经被广泛应用于细化传统粗晶金属材料来制备块体纳米结构金属材料，以期望获得优异的力学性能[9-12]。SPD是一种新兴的塑性变形方法，它在变形过程中引入应变量大于1的真应变，应变量不仅比传统塑性变形大得多且传统塑性变形很难实现，它具有剧烈塑性变形的两个特点，一是有效的将晶粒尺寸细化到亚微米或纳米尺度，且保持块体样品的完整尺寸，二是通过控制几何参数，使得变形过程中产生的是有效的液体静压力[13]。通过调整变形参数可有效控制样品的微观组织结构,从而获得同时具有高强度与高塑性的块体纳米材料[11,12]，目前剧烈塑性变形方法主要有以下几种：HPT（高压扭转）、ECAP(等径角挤压)、ARB(叠层轧合技术)等技术[9]，而这些制备技术具有一个共同特点，即是制得样品的微观组织不存在梯度结构，基本上都是均匀分布的，而且材料尺寸和外形有限。但是RASP技术却可以实现大尺寸板材、圆柱样品等的纳米化，制得有更大研究空间和应用潜力的梯度结构纳米材料。 梯度结构5052铝合金结构性能研究(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205154.html