導讀：強度-延展性權衡一直是金屬合金（尤其是鎂合金）中長期存在的困境。在這里，我們報告了一種通過Li來解決析出強化Mg-Gd合金中這種強度 - 延展性困境的新策略。不同于傳統β′<相，1 wt%Li加入該合金不僅能提高不同尺寸β的沉淀， β1R， βH?II′相和Li團簇提供更好的組合強化效果，同時也增強了位錯的活性，以適應塑性變形過程中的應變。因此，與Mg-7Gd（wt%）合金相比，拉伸屈服強度和延展性同時得到改善。此外，Li的添加帶來了密度的降低，從而增加了比屈服強度。目前采用加Li的策略為鎂合金的開發提供了新的視角，這些合金具有高強度延展性協同作用和高比屈服強度。

鎂合金是汽車和航空航天工業中使用的其他金屬結構材料的有前途的輕質替代品。強度-延展性的權衡是鎂合金不可避免的挑戰。近年來，Mg-Gd基鍛造合金由于其高強度而特別具有吸引力。Mg-Gd二元合金的拉伸屈服強度（TYS）在熱擠壓后可達到350 MPa。不幸的是，大量的Gd和其他元素，例如Y，Nd，Zn和Ag等，被添加到這些合金中以進一步獲得更高的強度，從而不可避免地導致延展性的妥協。Mg延展性差源于其固有的六角形緊密堆積（HCP）結構，只有兩個獨立的滑動系統（基底（0001）<112 ?0室溫下>） 。需要其他變形模式，包括非基滑和孿生，以實現其高延展性。早期研究證明，鎂合金中的Li添加不僅通過激活錐體位錯來提高其延展性，而且還降低了它們的密度。不幸的是，含鎂合金的Li通常表現出較差的強度，其TYS在室溫下幾乎不超過300 MPa。在我們以前的研究中，一種新型納米級 β1R在擠壓的Mg-Gd-Y-Zn-Li合金的晶粒內部觀察到相。它在棱柱平面上的動態沉淀使這種帶有Li的合金具有295 MPa的高TYS 。眾所周知，這種納米級相的動態析出也可以在其他金屬結構材料中觀察到，例如，通過高壓扭轉處理的7075 Al合金中的η相，通過等通道角壓處理處理的Zn合金中的Mg-Zn相和通過熱壓縮處理的高Nb鋼中的NbC相.通常，這些納米級相可以有效地增強強度，同時保持甚至改善延展性。因此，考慮到Li的增韌和強化β1R在以往的Mg合金中，進一步探索通過Li加成突破Mg-Gd合金強度-延展性困境的可能性是非常有趣的。

時效硬化是提高Mg-Gd基合金強度的一種方法。三元或四元元素的微量添加進一步導致鎂合金的時效硬化反應通過沉淀物的細化或沉淀相的交替而顯著增強。前者在Mg-Gd體系中添加了Y和Nd，在Mg-Zn體系中添加了Ag和Ca，而后者在Mg-Gd體系中添加了Zn 和Ag ，在Mg-Zn體系中增加了Li。在后一種情況下，Zn和Ag添加到Mg-Gd合金中會導致β串聯相位和γ串聯相，而鋰與鎂鋅合金的痕量添加改變了鎂鋅的優勢相2至 鎂4鋅7。盡管這種時效反應增強可明顯提高強度，但室溫延展性會受到重大挫折。最近有報道，峰值時效的Mg-13Gd合金達到了470 MPa的明顯高TYS，但在室溫下延展性較差，僅為2.5%。

北京工業大學杜文博教授團隊為解決沉淀強化Mg-Gd合金的強度-延展性困境，在本研究Mg-Gd合金中加入合金元素Li，通過沉淀改性調節其時效響應，使所得微觀組織達到高強度-延展性協同作用。據我們所知，Li添加對Mg-Gd基合金的時效硬化反應的影響仍然未知。采用高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）和原子探針斷層掃描（APT）闡明了Mg-Gd合金的Li添加引起的沉淀行為變化 。在微觀結構觀測的基礎上，探討了Mg-Gd-Li合金的增韌和強化機理。本文以題“New strategy to solve the ambient strength-ductility dilemma in precipitation-strengthened Mg-Gd alloys via Li addition”發表在Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646222003979

圖 1.（a） 0Li和1Li合金的時效硬化曲線;（b） 0Li和1Li合金在各種條件下的拉伸應力-應變曲線;（三）拉伸屈服強度與電流研究合金和不同Mg和Al合金的斷裂伸長率的關系（d）比屈服強度與當前研究的合金以及商用Mg和Al合金的失效伸長率。

圖 2.（a） 0Li 和 （b 和 c） 1Li 合金的 OM 和 SEM;EBSD（d） 0Li 和 （e） 1Li 合金的 IPF 圖;（f） 取自所有晶粒、變形（Def.）晶粒和DRX晶粒的0Li和1Li合金的IPF。

圖 3.（a）擠壓0Li合金，（b）擠壓1Li合金，（c和c1）峰老化0Li合金和（d和d1）峰老化1Li合金的HAADF-STEM圖像。

圖 4.在（a）擠壓和（b）峰老化條件下，1Li合金中Mg，Gd和Li原子的APT重建圖和分離濃度表面（6%Li和5.5%Gd）。在圓柱體1和圓柱體2之間提供組成配置文件，平均組成為（a1） β1R相位和 （b1）βH?I′階段。（c） 李星團和βH?I′圖4b中圓柱體3中的相以及其中相應的溶質分布。（c1）圓柱體3中Gd和Li原子的2D濃度（原子分數，%）圖。（c2）跨 Li 集群界面的組成配置文件和βH?I′圖4中氣缸中的相位。4c.

圖 5.BF-TEM圖像在（a-c）0Li和（d-f）1Li合金的雙束條件下變形為總應變為2%。

結論：綜上所述， 我們報道了一種通過Li加成解決沉淀強化Mg-Gd基合金的強度-延展性困境的新策略.不同于強化β′相在Mg-7Gd（wt%）合金中，向該合金中添加1重量%Li不僅會產生不同尺寸β,β1R,βH?I′ 相和Li團簇具有較好的結合強化效果，同時也增強了位錯活性，以適應塑性變形。因此，環境強度和延展性同時得到改善。Li的添加還降低了Mg-7Gd合金的密度，從而將其比屈服強度提高到170千米克?1.