研究团队构建的设计流程主要包括合金制备、热处理、微观结构表征和力学性能测试等环节：

采用高纯原料制备三种不同Fe含量的合金。熔炼后铸锭，经400 °C/24 h + 470 °C/24 h均匀化处理，挤压成棒材（挤压比9:1），随后进行固溶处理（450 °C/1 h + 470 °C/1 h+480 °C/0.5 h）和时效处理（120 °C/24 h）。

使用SEM、EBSD、TEM等手段分析合金微观结构。从图1可以看出当Al-Zn-Mg-Cu合金中铁含量极低时，微米级第二相体积分数仅约为0.02%。Fe含量的增加导致微米级第二相如(Cu,Fe,Mn,Cr)Al₇、σ相（Al,Zn,Mg,Cu组成）和Al₃(Zr,Ti)的体积分数显著增加。这些相耗尽Cu、Mn、Cr、Zr、Ti等元素，形成溶质贫化区（PFZ），导致分散强化相数量减少。

图2 第二相成分分析: (a)0.01 wt.% Fe合金中Al₁₈(Cr,Mn)₂Mg₃相; (b) 0.18 wt.% Fe合金中(Cu,Fe,Mn,Cr)Al₇相及周围σ相和Al₃(Zr,Ti)相

图3三种合金的EBSD结果与晶粒尺寸统计: (a,d)0.01 wt.% Fe样品的IPF图及尺寸统计; (b,e)0.09 wt.% Fe样品的IPF图及尺寸统计; (c,f)0.18 wt.% Fe样品的IPF图及尺寸统计

图3展示了三种合金的晶粒形貌，均呈现挤压织构和局部再结晶特征。合金晶粒尺寸分别为7.0 µm、9.6 µm和7.1 µm，可以看出Fe对晶粒尺寸影响不大。

图4 0.18 wt.% Fe合金中典型分散相的HAADF-STEM图像与成分分析

图4展示了三种合金中典型弥散相的形貌分布及成分分析结果。这些合金含有多种由Cr、Mn、Zr和Ti元素构成的弥散相，其尺寸分布在20至300 nm范围。这类弥散相能够有效钉扎晶界和位错运动，从而提升合金的强度。

图5 典型Fe富集相的HAADF-STEM图: (a)微米级富铁相; (b)纳米级富铁相

图5(a)展示了尺寸为1.8 μm的微米级(Cu, Fe, Mn)Al₇相对弥散相形貌的影响。在该富铁相周围区域，弥散相数量显著减少，部分区域甚至完全不存在弥散相。这种现象导致形成了Cr、Mn、Zr、Ti等溶质元素的贫化区（PFZ），该贫化效应可延伸至距富铁相2–5 μm的范围，从而削弱局部区域的弥散强化效果。而图5(b)所示，尺寸约500 nm的纳米级(Fe, Mn)Al₇相周围并未出现弥散相数量的显著减少。这一现象可能归因于其较小的尺寸——与微米级相相比，纳米级(Fe, Mn)Al₇相形成所需的溶质元素总量较少，不会导致明显的溶质耗尽。此外，纳米级(Fe, Mn)Al₇相具有更高的分布密度，且其形貌较微米级(Cu, Fe, Mn)Al₇相更为接近球状，这可能进一步缓解了对周围微观结构的负面影响，从而维持合金的整体均匀性。

图6 典型析出相的高分辨率HADDF-STEM图像及尺寸统计: (a)无偏析条件下的析出相宏观形貌; (b)无偏析条件下的析出相尺寸统计; (c)偏析影响下的析出相宏观形貌; (d)偏析影响下的析出相尺寸统计; (e)η′相; (f)GPI区; (g)GPII区

通过对更精细显微组织的进一步观察，可以研究铁对由锌、镁和铜构成的纳米级析出相的影响，如图6(a-d)所示。当铁含量不足时，合金中的析出相平均长度为4.9 nm，平均宽度为2.3 nm。在纳米级富铁相附近，观察到主要元素锌、镁和铜的富集现象，这导致了更大尺寸η相的形成。尽管存在溶质元素贫乏，但这种现象仍使周围区域的析出相密度显著降低。此外，尽管溶质元素稀缺，富铁相附近基体中的析出相平均长度仍达5.2 nm，平均宽度为2.5 nm。与无铁存在时相比，铁的加入略微增大了析出相尺寸，从而导致析出相密度进一步下降。对析出相的分析还表明，铁的添加并未改变基体中析出相的类型。如图6(e-g)所示，这些相仍包括η′相、GPI区和GPII区。

进行室温拉伸测试，应变速率0.5 mm/min。图7展示了三种不同铁含量超高强度铝合金的拉伸试验结果。在空气中测得三种合金的抗拉强度分别为797±1 MPa、785±9 MPa和788±8 MPa；屈服强度分别为762±1 MPa、752±8 MPa和759±4 MPa；伸长率分别为10.9±0.6%、9.9±0.3%和4.5±1.4%。含铁量最低的合金表现出最高的抗拉强度和伸长率。当铁含量增至0.09 wt.%时，相较于含铁0.01 wt.%的合金，其抗拉强度和伸长率均出现轻微下降。继续将铁含量提高到0.18 wt.%时，抗拉强度未发生显著变化，但伸长率明显降低，仅为含铁0.01 wt.%合金的一半以下。

图7 三种合金的典型工程应力-应变曲线

通过上述研究，团队揭示了Fe对超高强铝合金的影响：

 1.Fe含量增加促进粗大微米级第二相的形成：如(Cu,Fe,Mn,Cr)Al₇、σ相（Al,Zn,Mg,Cu组成）和Al₃(Zr,Ti)，体积分数从0.02%显著上升至2.59%，这些相耗尽Cu、Mn、Cr、Zr、Ti等强化元素，导致弥散强化相（20–300 nm）和沉淀强化相（η'、GP I、GP II）数量减少，形成溶质贫化区（PFZ），从而削弱沉淀强化效果。

2.Fe对抗拉强度影响有限：三种合金的抗拉强度分别为(797±1) MPa、(785±9) MPa和(788±8) MPa，屈服强度为(762±1) MPa、(752±8) MPa和(759±4) MPa；0.09 wt.% Fe合金的晶界强化效果减弱，而0.01 wt.% 和0.18 wt.% Fe合金相似；固溶强化影响最小。

3.Fe显著降低合金延展性：伸长率分别为(10.9±0.6)%、(9.9±0.3)%和(4.5±1.4)%；0.09 wt.% Fe时延展性影响最小，但0.18 wt.% Fe时伸长率降至低Fe合金的一半以下，主要机制为粗大Fe富集相（平均直径13.6 μm，>30 μm尖锐相伴随空洞）的脆性断裂、界面脱离引发裂纹，以及PFZ导致周围基体强度下降易形成空洞；>8 μm Fe富集相作为裂纹起始点。