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高強(qiáng)高耐蝕鎂合金材料制備獲進(jìn)展

2022-01-11 17:28:38 作者：材料與測試來源：材料與測試分享至：

近日，中國科學(xué)院金屬研究所中科院核用材料與安全評價重點(diǎn)實驗室研究員許道奎團(tuán)隊與南京工業(yè)大學(xué)教授信運(yùn)昌課題組合作，在制備高強(qiáng)高耐蝕鎂合金材料方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》。

據(jù)了解，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，但低的絕對強(qiáng)度和耐蝕性極大限制了其實際工程應(yīng)用。通常采用的劇烈塑性變形（SPD）方法對鎂合金強(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。

已有研究發(fā)現(xiàn)，具有密排六方結(jié)構(gòu)的鎂合金具有較差的冷變形能力，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，不會對鎂合金耐腐蝕性能造成顯著影響。而鎂合金中最易啟動的拉伸孿晶界面在應(yīng)力作用下易長大和合并。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。

許道奎和信運(yùn)昌團(tuán)隊采用多道次三向壓縮技術(shù)制備孿晶組織，通過對壓縮路徑及道次應(yīng)變的獨(dú)特設(shè)計，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200納米的高密度孿晶組織，使平均晶粒尺寸從初始材料的33毫米左右細(xì)化至300納米，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)469MPa，是已報道該系列鎂合金中強(qiáng)度最高的。

團(tuán)隊還利用高密度超細(xì)孿晶組織細(xì)化晶粒，不僅避免了非平衡晶界對耐腐蝕性能的不利影響，而且顯著抑制了局部腐蝕的發(fā)生，將腐蝕速率降低了一個數(shù)量級。