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导读：本文提出了一种纳米沉淀诱导位错钉扎和倍增策略，用于设计具有高强度、可塑性和导电性铜合金。也就是说，纳米沉淀物是位错的障碍和来源。另外，析出相净化了Cu基体以保证导电性。为了验证该策略，本文通过固溶处理，轧制和时效将致密的位错和纳米沉淀物引入到Cu-Fe-Ti合金中。原位透射电子显微镜和分子动力学模拟表明，纳米析出物不仅阻碍位错滑动，而且还促进了位错倍增，从而产生了590 MPa的拉伸强度和6％的均匀伸长率。通过沉淀净化Cu基体导致电导率为69％IACS。因此，该策略为开发高强度，高塑性和高导电率合金开辟了一条新途径。强度和可塑性是大多数金属材料的关键性能。但是，这些属性通常具有矛盾的关系。对于铜合金，除了强度和可塑性之外，对导电性也有很高的要求。不幸的是，铜合金的强度和导电性之间存在着一种取舍关系。传统上，沉淀强化被认为是在不显著降低导电性的情况下强化Cu合金的最有效方法。但是，晶格失配通常会导致析出物周围的应变局部化，这是析出硬化合金中强度-延展性冲突的根源。因此，解决Cu合金的强度/塑性和强度/导电性之间的矛盾是具有挑战性的。最近，Peng等通过分子动力学（MD）模拟，揭示了纳米沉淀物在高应力下提供了独特类型的位错源。纳米沉淀物同时用作位错源和障碍物，导致了可持续的自硬化变形机制，以增强延展性和强度。然而，他们仅考虑了微晶基体中纳米级沉淀物周围的位错活性，而没有在实验中观察到位错与沉淀物之间发生相互作用。因此，如何同时提高Cu合金的强度、可塑性和电导率仍然是一个未解之谜。在此，浙江大学刘嘉斌教授团队选择Cu-Fe-Ti合金来验证上述策略。在这项工作中，对Cu-Fe-Ti合金进行铸造、固溶处理、冷轧后进行时效处理。在合金中获得了高强度，良好的均匀伸长率和高导电率。通过原位透射电子显微镜（TEM）研究了析出物与位错的相互作用过程，建立了合金的微观结构与性能之间的关系，提出了一种纳米沉淀诱导位错钉扎和倍增的策略。也就是说，纳米沉淀物既是位错的障碍又是其来源。另外，沉淀净化了Cu基体以改善了导电性。相关研究成果以题“Nanoprecipitates induced dislocation pinning and multiplication strategy for designing high strength, plasticity and conductivity Cu alloys”发表在Scripta Materialia 上。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S135964622100021XSRA合金的硬度和电导率与时效时间的关系如图1a所示。合金的硬度随着时效时间的增加而增大，在时效2 h时达到峰值196 HV。时效4 h后，电导率先急剧增加后缓慢增长。图1 b显示了SR样本(426 MPa)的抗拉强度远高于S样品(296 MPa)。相反，S试样轧制后的均匀延伸率(28%)降低到仅1%。SRA-2 h样品具有较高的电导率、强度和延伸率。图1 （a）硬度和电导率随SRA样品的时效时间而变化，（b）S，SR和SRA-2 h样品的工程应力-应变曲线。图2 （a）SR和（b）SRA-2 h样品的明场TEM图像。（c）SRA-2 h样品中纳米沉淀的STEM-HAADF图像；（d）（c）的FFT模式；仅使用（e）（1-11），（f）（11-1）和（g）（200）衍射；（h）SRA-2 h样品中纳米沉淀物的直径分布；从（c）中的区域获取的（i）Cu，（j）Fe和（k）Ti的元素映射。插图（i）列出了纳米沉淀的EDS结果。图3 视频显示了SRA-2 h样品中位错与纳米沉淀之间的相互作用过程。图4 在300 K时，位错与半径为3.5 nm的纳米沉淀物相互作用的可视化。总之，作者通过原位TEM应变实验和MD模拟证明了FeTi纳米沉淀是位错的障碍和根源。同时，FeTi相的沉淀纯化了Cu基体并提高了电导率。最后，含有致密纳米析出物的Cu-0.74Fe-0.33Ti合金同时具有590 MPa的拉伸强度，6％的均匀伸长率和69％IACS的电导率。优异的结合性能证明了纳米析出物引起的位错钉扎和倍增策略在设计高强度，高塑性和高导电率铜合金方面的有效性。
