金屬所：新型多級納米結構鎂合金研究取得進展

2020-09-05 石墨烯聯盟


鎂合金因比強度高和低密度等特點，在航空航天，汽車工業、醫藥化工等領域應用廣泛。然而，其固有的密排六方結構致使其延展性較差，獲得兼具高強度與高塑性的鎂合金成為研究的重要方向。前期研究表明，通過表面機械研磨處理（SMAT），在鎂合金表面引入梯度納米結構，能夠改善鎂合金的顯微硬度和耐磨性能，但會致使塑性的明顯降低。

中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心大灣區研究部研究員呂堅及其合作者，在先前發現非晶包裹納米晶的超納雙相鎂合金可實現近理論強度[Nature 545, 80-83 (2017)]的基礎上，以AZ31合金為研究對象，使用SMAT在鎂合金表面得到梯度納米晶，通過磁控濺射在合金表面沉積Mg基雙相金屬玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca），將納米雙相金屬玻璃與梯度納米晶結構結合起來，設計出全新多級結構鎂合金。研究表明，該合金屈服強度較原合金提升31%，達到230MPa，與SMAT鎂合金強度相當；同時，該合金的延伸率較SMAT鎂合金提升3倍，達到20%，恢復至未SMAT（粗晶）水平，實現高強度與高塑性的結合。此外，多級納米結構鎂合金的優異力學性能包括三種變形機制：雙相金屬玻璃發生多重剪切帶與納米晶化、金屬玻璃阻擋納米晶層的裂紋延伸，以及SMAT納米晶層的晶粒長大。類似的新型納米結構可以得到高強度高塑性銅。這一合金結構設計理念，有望在其他合金體系特別是密排六方結構合金中，實現高強度與高延伸性的結合，指導未來新材料設計。

相關研究成果以Nano-dual-phase metallic glass film enhances strength and ductility of a gradient nanograined Magnesium alloy為題，發表在Advanced Science上。

圖1.Mg-Zn-Ca雙相金屬玻璃（NDP-MG）的結構與成分

圖2.納米梯度SMAT鎂合金的結構與機械性能

圖3.雙相金屬玻璃+SMAT（NDP-MG coated SMAT-H′）鎂合金室溫力學性能

圖4.NDP-MG變形前與拉伸6%形變後SEM形貌

來源：中國科學院金屬研究所

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