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(gòu)建一種新型的納米尺度微區(qū)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，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(zhì)合金的性能提升提供了借鑒。

Mg合金作為一種輕質(zhì)材料，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(yīng)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(zhì)結(jié)構(gòu)在鋼和高熵合金中受到了廣泛關(guān)注，已有報道提出異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)單元。與傳統(tǒng)由納米相誘導的亞單元異質(zhì)結(jié)構(gòu)概念不同，這種納米尺度微區(qū)異質(zhì)結(jié)構(gòu)（NZH）關(guān)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(zhì)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(diào)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(guān)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(jié)果顯示，這種納米尺度微區(qū)異質(zhì)結(jié)構(gòu)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）。