鎂合金的密度是鋼鐵的1/4、鋁合金的2/3，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，但低的絕對(duì)強(qiáng)度和耐蝕性極大限制了其實(shí)際工程應(yīng)用。通常采用的劇烈塑性變形（SPD）方法對(duì)鎂合金強(qiáng)度的大幅提升較為有效，可制備出超細(xì)晶超高強(qiáng)鎂合金。然而，具有密排六方結(jié)構(gòu)鎂合金較差的冷變形能力，需在較高溫度條件下進(jìn)行SPD加工處理，極易造成晶粒長(zhǎng)大，難以獲得超細(xì)晶組織。更為嚴(yán)重的是，傳統(tǒng)SPD制備的超細(xì)晶所形成非平衡晶界會(huì)顯著降低鎂合金的耐蝕性。此外，傳統(tǒng)SPD制備的超細(xì)晶鎂合金樣品尺寸小，難以在工程中獲得應(yīng)用。早期研究表明，孿晶組織也可用于細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，且孿晶界的能量低，不會(huì)對(duì)鎂合金耐腐蝕性能造成顯著影響。然而，鎂合金中最易啟動(dòng)的拉伸孿晶界面在應(yīng)力作用下易長(zhǎng)大和合并。因此，高密度超細(xì)孿晶組織的制備是亟需解決的關(guān)鍵問題。
近日，金屬所中科院核用材料與安全評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許道奎研究員團(tuán)隊(duì)與南京工業(yè)大學(xué)信運(yùn)昌教授課題組合作在制備高強(qiáng)高耐蝕鎂合金材料方面取得重要進(jìn)展。他們采用多道次三向壓縮技術(shù)制備孿晶組織，通過對(duì)壓縮路徑及道次應(yīng)變的獨(dú)特設(shè)計(jì)，利用12道次低應(yīng)變和高應(yīng)變循環(huán)交替壓縮，在AZ80鎂合金中成功地制備出平均片層厚度約為200nm的高密度孿晶組織，使平均晶粒尺寸從初始材料的33mm左右細(xì)化至300nm，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)469MPa，是已報(bào)道該系列鎂合金中強(qiáng)度最高的。利用高密度超細(xì)孿晶組織細(xì)化晶粒，不僅避免了非平衡晶界對(duì)耐腐蝕性能的不利影響，而且改變了 -Mg17Al12相的形貌及分布。 -Mg17Al12析出相呈顆粒狀，細(xì)小且均勻分布在鎂基體中，顯著抑制了局部腐蝕的發(fā)生，將腐蝕速率降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。該研究成果以“Evading strength-corrosion tradeoff in Mg alloys via dense ultrafine twins” 為題發(fā)表在《自然 通訊》（Nature Communications）上。
圖1. 高密度孿晶組織的微觀結(jié)構(gòu)（UFT-4樣品）
圖2. 析出相的微觀結(jié)構(gòu)
圖3. 腐蝕速率
圖4. 腐蝕形貌
圖5. 力學(xué)性能
