新型鎂合金實現(xiàn)強度與延展性“雙贏”，性能提升7.5倍

導讀

通過構建一種新型的納米尺度微區(qū)異質結構，實現(xiàn)了鎂合金的強度-塑性協(xié)同提升。研究不僅為開發(fā)高性能鎂合金提供了新的理論依據(jù)，也為其他輕質合金的性能提升提供了借鑒。

Mg合金作為一種輕質材料，在航空航天、汽車制造等領域具有廣泛的應用前景。實現(xiàn)Mg合金的超高強度以及強度-塑性協(xié)同提升，對于更好地推廣輕合金應用具有重要意義。高稀土（RE）含量（≥13%）的Mg合金通過引入高密度納米析出相來實現(xiàn)超高強度，但以犧牲塑性為代價。因此，在適當減少稀土添加的情況下，實現(xiàn)Mg合金的超高強度和強度-塑性協(xié)同提升是一個挑戰(zhàn)。

*近，異質結構在鋼和高熵合金中受到了廣泛關注，已有報道提出異質結構可以對Mg合金的力學性能做出貢獻。然而，目前在Mg合金中構建異質結構主要通過操縱微米級晶粒尺寸差異來實現(xiàn)。

基于此，提出了一種新型“納米尺度微區(qū)”異質結構單元。與傳統(tǒng)由納米相誘導的亞單元異質結構概念不同，這種納米尺度微區(qū)異質結構（NZH）關注的是不同納米析出相區(qū)域之間的差異，而非納米相與基體之間的差異。這種異質性對力學性能的有益影響在冷變形誘導的析出研究中很容易被忽視。通過調節(jié)納米析出相的非均勻性來形成NZHs，有望實現(xiàn)超高強度和強度-塑性協(xié)同提升。

近日，哈爾濱工程大學巫瑞智教授課題組聯(lián)合多個高校研究團隊將這種新型NZH引入了Mg-10RE（%）合金中，初步研究了在析出和拉伸變形過程中位錯與NZH間的相互作用。相關成果以題為“Achievingstrength-ductilitysynergisticimprovementinMgalloyvianon-uniformprecipitate-inducednanoscale-microzoneheterostructure”發(fā)表于期刊《MaterialsResearchLetters》。NZH被認為是實現(xiàn)超高強度和增強均勻伸長率（UEl）的重要因素。

結果顯示，這種納米尺度微區(qū)異質結構單元由沿位錯線分布的細長片狀析出相的軟區(qū)和在位錯環(huán)以及密集的位錯陣列上分布的粗大的β'析出相陣列的硬區(qū)組成。經(jīng)過這種處理的Mg-9.9Gd-0.25Ag-0.19Zr合金展現(xiàn)出超高強度（屈服強度為441MPa，抗拉強度為475MPa）和顯著提升的均勻伸長率（6.0%，是時效處理前的7.5倍）。