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日本材料科學前沿:用納米技術,實現超強硬度與延展性的鎂合金

2019-11-01

京都大學于2019 年8 月23 日與物質材料研究機構(NIMS)共同發表稱,通過納米規模控制材料組織,成功制作出了兼具高強度和高延展性的輕量鎂合金。

鎂(Mg)作為輕量高強度材料受到極大的期待,但另一方面,由于具有各向異性的六方晶體結構,在延展性/加工性上仍存在難點。

該研究發現構成鎂合金的晶粒大小在1μm 以下超微化,具有高強度和較大的拉伸性并存性。

該研究采用Mg-6.2%Zn-0.5%Zr-0.2%Ca 合金(mass%),通過高Pressure Torsion(HPT)的巨大變形加工工藝進行極大的變形加工,之后進行了各種溫度/時間的退火熱處理。最終,成功制作了完全再結晶組織平均粒徑在0.77μm-23.3μm 范圍內的多晶試料。

對具有這些平均粒徑的鎂合金,在室溫下進行拉伸試驗,即使粒徑在1μm 以下,從彈性變形開始塑性變形后,表現出足夠大的加工硬化,實現了高強度和極佳的延展性。

調查樣品的變形組織發現,隨著晶粒的細微化,變形雙晶的形成受到抑制,粒徑0.77μm 材料中幾乎不產生變形雙晶。

不產生變形雙晶會抑制晶界的破壞,不會發生三維變形。用透射電鏡觀察粒徑0.77μm 材的變形組織,除了導致滑動的轉位外,還可以看到通常不活動的錘面滑動引起的轉位。

研究者們認為,這些變形機構的戲劇性變化,是實現高強度和較大的拉伸性的主要原因。晶體粒徑小于1μm 的構思可以應用于其他金屬和合金,并可能產生特殊變形機構的活動。對其他材

料的材料組織進行納米級控制,以加深對整個金屬材料的變形和破壞的認識。研究人員正在推進具有優良力學特性的構造用金屬材料的開發。(鎂途)

 

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