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Nature新成果：一種高強韌高抗腐蝕納米合金誕生

2016-02-26 13:34:16 作者：本網(wǎng)編譯來源：

無論是在航空航天、海洋船舶、國防、汽車，還是生物醫(yī)藥、運動、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，高強度、高延展性、高抗腐蝕性的超輕量化合金都是迫切需要的！制造這種合金的困難在于：強度性能和延展性、抗腐蝕性是負(fù)相關(guān)的，很難同時提高合金的強度和延展性、抗腐蝕性！尤其是對于鎂合金，高化學(xué)活性的鎂元素極易腐蝕的問題極大地研制了鎂合金材料的廣泛應(yīng)用。

鎂合金

在最近一期Nature Materials成果中，新南威爾士大學(xué)的徐萬強研究員設(shè)計出一種具有超低密度(1.4g/cm3)的高強高韌抗腐蝕納米形變Mg-Li基合金，其耐腐蝕性能堪稱世界之最，比目前為止任何一種Mg基合金耐蝕合金都優(yōu)異。

優(yōu)化Mg-Li合金的強度、塑韌性、耐蝕性能對比結(jié)果

制備工藝
通過熱擠壓、水加熱淬火(WQ),低溫老化(< 100?C;WQA)以及冷軋(WQAR)多項工藝制得該高強高韌抗腐蝕納米形變Mg-Li合金，該合金以Mg、Li為主，并以一種納米結(jié)構(gòu)包含于面心立方基體中。通過有效控制合金化學(xué)成分和優(yōu)化熱及機械加工路線，其表面的碳化鋰（Li2CO3）比傳統(tǒng)的六方密堆積的鎂合金具有更加優(yōu)異的抗腐蝕性能。

優(yōu)化Mg-Li合金的腐蝕電化學(xué)性能及表面成分測試結(jié)果

通過系列對比實驗充分證明Mg-Li合金的高強高韌高耐蝕性主要是因為合金表面強化層的形成，具體原因主要來源于成分優(yōu)化和冷軋擠壓處理兩方面：

Mg-Li合金表面納米耐腐蝕強化層形成示意圖

1、化學(xué)成分優(yōu)化：該Mg-Li合金暴露于潮濕大氣中,Mg和Li將優(yōu)先氧化分別生成MgO和Li2O，消耗掉近表面層大部分的Li含量，從而促進了下表面生成富Mg層。而后Li2O又會與大氣中的CO2反應(yīng)迅速形成Li2CO3層。

2、冷軋擠壓處理納米化：該Mg-Li合金經(jīng)過軋制處理，包含大量納米組織成分和富Li成分,有利于Li、Mg與氧快速反應(yīng)生成一層較厚薄的Li2O和MgO納米組織，進而促進外層Li2O分解再次反應(yīng)生成較厚的Li2CO3保護層。冷軋擠壓處理在表面形成的納米組織不僅有利于表面氧化層納米，其誘導(dǎo)塑性應(yīng)變能進一步擴大富Li組織分成更細(xì)小的孤立區(qū)域, 是合金組織中Li成分更均勻、細(xì)致，為表面形成一個厚的碳酸鋰外防護層創(chuàng)造了有利條件。

優(yōu)化Mg-Li合金耐腐蝕性增強的原因，來源于其表面組織納米化，微觀組織結(jié)構(gòu)具有高度均勻性，在六方密堆積結(jié)構(gòu)的Mg基合金表面形成一個接近“零微電解池”結(jié)構(gòu)的體心立方組織結(jié)構(gòu)的表面覆蓋層，具有很強的耐電化學(xué)腐蝕特性,同時其表面還具有特殊的自修復(fù)特性，當(dāng)表面磨損或損壞時, 表面保護層的可溶性碳酸鹽會迅速修復(fù)再生，從而不斷地保護底層金屬免受腐蝕，類似于不銹鋼、鋁和鈦表面形成氧化層。

延伸閱讀

【簡介】

徐萬強博士本科畢業(yè)于河北科技大學(xué),于1991和2002年分別于西安理工大學(xué)和新西蘭的奧克蘭大學(xué)(The University of Auckland)取得材料科學(xué)與工程碩士，2007年于澳大利亞的新南威爾士大學(xué)(The University of New South Wales)取得工學(xué)博士學(xué)位。目前作為一名研究員在位于澳大利亞悉尼的新南威爾士大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院從事材料科學(xué)與工程研究。研究領(lǐng)域包括：
（1）新型晶態(tài)，非晶態(tài)合金及其復(fù)合材料的設(shè)計：超強抗腐蝕高成型性納米鎂合金，新型薄帶連鑄合金，新型塊體非晶合金復(fù)合材料，鑄態(tài)奧氏體貝氏體灰鑄鐵，雙相不銹鋼；
（2）形變熱處理及固態(tài)相變：金屬和合金的形變及回火機制，黑色及有色金屬加工處理過程中的相變，通過織構(gòu)強化金屬材料；
（3）近終型鑄造：黑色及有色金屬的薄帶連鑄，黑色及有色金屬的連續(xù)鑄造，晶態(tài)和非晶態(tài)金屬超薄甩帶；
（4）利用各種先進表征工具，如SEM，TEM， 2-D 以及3-D EBSD，TKD，XRD，3-D原子探針，分析和表征從原子尺度到宏觀領(lǐng)域的各種組織結(jié)構(gòu)；
（5）利用科學(xué)方法和實驗手段，分析和解決金屬材料及其產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的質(zhì)量問題。
在過去幾年內(nèi)共在國際期刊發(fā)表論文40 余篇。

推薦原文

該成果發(fā)表于NatureMaterials。

原文：Ahigh-specific-strengthandcorrosion-resistantmagnesiumalloy

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