鎂合金作為輕量化材料，在多個工程領域都有廣泛的應用或潛在應用前景，且在全球范圍內，我國是最大的鎂資源儲備國和生產國，因此，在鎂合金領域，我國有著先天的儲備優勢。但常規低合金的鎂合金普遍存在強度與耐腐蝕難以兼顧的問題，進一步合金化雖然能緩解這一困境，但高合金化這一方法的奏效往往是依賴于增加稀有元素的含量，這就意味著整體材料的成本會明顯增加，顯然不夠這一方法不夠經濟性，如何在低合金體系內突破鎂合金的這一困境，就成了新的研究方向。

近期，鎂合金領域的權威期刊《Journal of Magnesium and Alloys》在線發表了一篇題為“Exploring low-alloyed as-extruded Mg alloy with high strength and high corrosion resistance”的研究成果，通訊作者為哈爾濱工程大學張景懷教授、劉淑娟副教授和中國科學院長春應用化學研究所邱鑫研究員。研究以整體合金含量＜3%的低合金鎂合金Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn為研究對象，實現了高強度與高耐蝕性的統一，降低了傳統優化路徑中對稀有元素的依賴。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jma.2025.06.002

【核心內容】

圖形摘要

【研究方法】

團隊采用純Mg、純Zn、Mg-24sm、Mg-30Ca和Mg-1.4Mn中間合金，在惰性氣氛保護下，于電阻爐中制備Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn合金鑄錠。將鑄錠置于在275℃下預熱2h后以10:1的擠壓比與0.1mm·s^-1的速度擠壓成型。利用SEM/EDS、EBSD分析晶粒取向、織構和動態再結晶特征，并通過TEM進行顯微組織、納米析出相和腐蝕膜結構的高分辨表征。力學性能采用沿擠壓方向的單軸拉伸實驗評估屈服強度和延伸率，耐蝕性則通過3.5wt% NaCl溶液中的長期浸泡，同時通過SKPFM原位測量二次相與基體之間的電位差并進行電化學實驗進行綜合評價，結合SAED和XPS深入揭示腐蝕膜成分與非晶特征的形成機制。

【研究成果】

① 特殊細晶組織構建高強度

EBSD分析表明，合金由1.1μm的細小動態再結晶晶粒和強織構未再結晶晶粒組成，LAGBs及高密度位錯共同作用限制了晶粒長大，弱織構DRX晶粒與強織構未DRX晶粒的協同，有助于在低合金條件下獲得高的強度。

EBSD分析顯示DRX區和未DRX區分布及位錯密度

②多尺度析出相協同強化

在微/亞微米尺度，存在Mg₃Sm₂Zn₃和Mg₂Ca顆粒刺激形核，在納米尺度，大量均勻彌散的直徑為9.6±1nm，間距45±2nm的α-Mn納米顆粒是主要的沉淀強化源，其Orowan強化貢獻接近80MPa，這一顯著的強化效果在此前的低合金鎂合金中罕有報道。

SEM/TEM揭示Mg?Ca與Mg?Sm?Zn?分布

TEM/HRTEM顯示α-Mn納米析出相及其取向關系

③微電偶效應與腐蝕膜演化

SKPFM測得Mg₂Ca為陽極相（-196mV），Mg₃Sm₂Zn₃為陰極相（+132mV）。雖然高活性陽極相Mg₂Ca不利于腐蝕初期快速形成完整的膜結構，但由于其優先溶解釋放足夠的Ca²?，促進了含CaCO₃的長期致密膜的形成。納米級α-Mn析出物雖然具有較強的陰極性質，但其主要起強化作用，因尺寸極小，對初期膜形成的影響不大。

性能對比

二次相識別及電位分布

不同浸泡時間下表面腐蝕形貌演化

TEM揭示納米α-Mn在腐蝕膜形成中的作用

④ 致密“非晶+納晶”腐蝕膜賦予高耐蝕性

長時間浸泡（168h）后，形成平均厚度17μm的富Ca/Sm/Mn/Zn的腐蝕膜。HRTEM和SAED表明該膜呈“非晶為主，納晶鑲嵌”結構，顯著減少了離子的擴散通道，提高了膜的保護性.極化曲線與EIS顯示腐蝕膜電阻在72h后穩定在4350Ω·cm²，表現出類鈍化狀態。

腐蝕膜截面及元素分布

HRTEM揭示腐蝕膜非晶特征

TEM/XPS證實腐蝕膜中CaCO?形成

電化學測試表明腐蝕膜保護性隨時間增強并趨于穩定

【總結與展望】

通過調控低合金鎂合金的基體組織與腐蝕膜結構，可在保持低合金化、低成本的前提下，實現高屈服強度和與高純鎂相當的耐蝕性，尤其是α-Mn納米析出相提供的高強化貢獻與非晶腐蝕膜的形成，為未來低合金高性能鎂合金設計提供了新的思路。