梯度结构(Gradient Structure,GS)材料由于其良好的强度-延展性组合,近年来受到了广泛关注。在Cu-Al-Zn合金中,由于Zn元素具有固溶强化并改善CuAl合金塑性的效果,因此,Cu-Al-Zn合金具有较好的应用前景。本文通过低温表面机械研磨处理(Surface mechanical attrition treatment,SMAT)制备了三种不同层错能(Stacking fault energy,SFE)的GS铜铝锌合金样品。结果表明,当处理时间相同时,无论是退火样品还是GS样品,SFE越低,均匀延伸率及抗拉强度越高,而屈服强度与SFE的相关性则不明显。而当SFE相同时,SMAT处理时间越长,GS铜铝锌合金样品的屈服强度和抗拉强度越大,均匀延伸率越低。低SFE和优化的SMAT处理时间相结合有利于获得强度-延展性的最佳组合。SFE最低的Cu-5.5 wt.%Al-4.5 wt.%Zn合金经SMAT处理5 min后表现出了强度和延展性的最佳组合,其屈服强度达到了221.53 MPa,同时仍保持着62.57%的高延展性。优化的5min处理时间可以充分细化GS层中的晶粒,而不显著增加GS层的厚度。SFE-7-2min和SFE-7-5min样品的GS层厚度均为250μm左右。同样,充分的晶粒细化可以促进几何必须位错(Geometrically necessary dislocation,GND)的更好积累,从而形成相当有效的异质变形诱导(Hetero-deformation induced,HDI)应力强化和HDI应变硬化,以增加强度同时保持良好的延展性。此外,GS铜铝锌合金样品在拉伸过程中,其近表面层比次表面层更早发生塑性变形,因此在两层之间的界面处会产生机械不相容性。这需要通过GND来协调,GND的堆积也有助于HDI应力强化和HDI应变硬化,从而提高强度和延展性。数字图像相关性实验表明,GS样品的剪切带雏形是在拉伸早期阶段通过局部高应变点群互相连接而形成的,分散的剪切带在GS样品的均匀伸长过程中稳定演化,从而有助于保持高延展性。在均匀伸长过程中,SFE-40-2min样品中分散的剪切带比SFE-40-15min样品中分散的剪切带演化更稳定。因此SFE-40-2min样品的延展性比SFE-40-15min样品更高,前者延展性可以达到27.72%,而后者仅为16.99%。