新型镁合金实现强度与延展性“双赢”性能提升7.5倍

通过构建一种新型的纳米尺度微区异质结构，实现了镁合金的强度-塑性协同提升。研究不仅为开发高性能镁合金提供了新的理论依据，也为其他轻质合金的性能提升提供了借鉴。 

 Mg合金作为一种轻质材料，在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。实现Mg合金的超高强度以及强度-塑性协同提升，对于更好地推广轻合金应用具有重要意义。高稀土（RE）含量（≥13%）的Mg合金通过引入高密度纳米析出相来实现超高强度，但以牺牲塑性为代价。因此，在适当减少稀土添加的情况下，实现Mg合金的超高强度和强度-塑性协同提升是一个挑战。 

 最近，异质结构在钢和高熵合金中受到了广泛关注，已有报道提出异质结构可以对Mg合金的力学性能做出贡献。然而，目前在Mg合金中构建异质结构主要通过操纵微米级晶粒尺寸差异来实现。 

 基于此，提出了一种新型“纳米尺度微区”异质结构单元。与传统由纳米相诱导的亚单元异质结构概念不同，这种纳米尺度微区异质结构（NZH）关注的是不同纳米析出相区域之间的差异，而非纳米相与基体之间的差异。这种异质性对力学性能的有益影响在冷变形诱导的析出研究中很容易被忽视。通过调节纳米析出相的非均匀性来形成NZHs，有望实现超高强度和强度-塑性协同提升。 

近日，哈尔滨工程大学巫瑞智教授课题组联合多个高校研究团队将这种新型NZH引入了Mg-10RE（%）合金中，初步研究了在析出和拉伸变形过程中位错与NZH间的相互作用。相关成果以题为“Achieving strength-ductility synergistic improvement in Mg alloy via non-uniform precipitate-induced nanoscale-microzone heterostructure”发表于期刊《Materials Research Letters》。NZH被认为是实现超高强度和增强均匀伸长率（UEl）的重要因素。 

结果显示，这种纳米尺度微区异质结构单元由沿位错线分布的细长片状析出相的软区和在位错环以及密集的位错阵列上分布的粗大的β'析出相阵列的硬区组成。经过这种处理的Mg-9.9Gd-0.25Ag-0.19Zr合金展现出超高强度（屈服强度为441 MPa，抗拉强度为475 MPa）和显著提升的均匀伸长率（6.0%，是时效处理前的7.5倍）。