科学|金属所等在新型多级纳米结构镁合金研究中获进展
镁合金因比强度高和低密度等特点 ， 在航空航天 ， 汽车工业、医药化工等领域应用广泛 。 然而 ， 其固有的密排六方结构致使其延展性较差 ， 获得兼具高强度与高塑性的镁合金成为研究的重要方向 。 前期研究表明 ， 通过表面机械研磨处理（SMAT） ， 在镁合金表面引入梯度纳米结构 ， 能够改善镁合金的显微硬度和耐磨性能 ， 但会致使塑性的明显降低 。
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心大湾区研究部研究员吕坚及其合作者 ， 在先前发现非晶包裹纳米晶的超纳双相镁合金可实现近理论强度[Nature 545, 80-83 (2017)]的基础上 ， 以AZ31合金为研究对象 ， 使用SMAT在镁合金表面得到梯度纳米晶 ， 通过磁控溅射在合金表面沉积Mg基双相金属玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca） ， 将纳米双相金属玻璃与梯度纳米晶结构结合起来 ， 设计出全新多级结构镁合金 。 研究表明 ， 该合金屈服强度较原合金提升31% ， 达到230MPa ， 与SMAT镁合金强度相当；同时 ， 该合金的延伸率较SMAT镁合金提升3倍 ， 达到20% ， 恢复至未SMAT（粗晶）水平 ， 实现高强度与高塑性的结合 。 此外 ， 多级纳米结构镁合金的优异力学性能包括三种变形机制：双相金属玻璃发生多重剪切带与纳米晶化、金属玻璃阻挡纳米晶层的裂纹延伸 ， 以及SMAT纳米晶层的晶粒长大 。 类似的新型纳米结构可以得到高强度高塑性铜 。 这一合金结构设计理念 ， 有望在其他合金体系特别是密排六方结构合金中 ， 实现高强度与高延伸性的结合 ， 指导未来新材料设计 。
相关研究成果以Nano-dual-phase metallic glass film enhances strength and ductility of a gradient nanograined Magnesium alloy为题 ， 发表在Advanced Science上 。
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图1.Mg-Zn-Ca双相金属玻璃（NDP-MG）的结构与成分
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图2.纳米梯度SMAT镁合金的结构与机械性能
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【科学|金属所等在新型多级纳米结构镁合金研究中获进展】
图3.双相金属玻璃+SMAT（NDP-MG coated SMAT-H′）镁合金室温力学性能
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图4.NDP-MG变形前与拉伸6%形变后SEM形貌
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