基于晶界偏聚和非基面滑移激活開發(fā)室溫高塑性鎂合金

鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、武器裝備、汽車、3C電子等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。低的室溫塑性一直是限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要阻礙之一。HCP結(jié)構(gòu)提供了有限數(shù)量的可激活的滑移系統(tǒng)，并且只有兩個獨立的基面滑移系統(tǒng)易于激活，遠(yuǎn)不能滿足Von Mises/Taylor準(zhǔn)則。獲得超細(xì)晶 (約1 μm及以下) 是提高鎂及其合金室溫塑性的重要手段，然而獲得超細(xì)晶往往需要特殊的設(shè)備和工藝，限制了廣泛推廣應(yīng)用。

近期，哈爾濱工程大學(xué)張景懷課題組綜合利用晶界偏聚和高比例非基面滑移激活開發(fā)出室溫高塑性鎂合金。相關(guān)論文以“Developing a Mg Alloy with Ultrahigh Room Temperature Ductility via Grain Boundary Segregation and Activation of Non-basal Slips”為題發(fā)表于International Journal of Plasticity。哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院博士生張志為論文第一作者，博士生導(dǎo)師張景懷為通訊作者，哈爾濱工程大學(xué)為唯一通訊單位。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103548

在本工作中，通過Er (0.3 at%)元素微合金化、擠壓變形和退火等工藝制備了平均晶粒尺寸~8 µm的Mg-Er合金(圖1)，獲得了室溫下接近50%斷裂延伸率的高塑性(圖2)。相比超細(xì)晶而言，該動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸可以容易地通過工業(yè)常規(guī)熱擠壓工藝(擠壓溫度300-400 °C)獲得，因此該超高塑性鎂合金具有高效大規(guī)模應(yīng)用潛力。

作者利用原位EBSD+SEM滑移跡線分析定性/定量研究了變形模式激活規(guī)律，表明Mg-Er合金在中等細(xì)化晶粒(8 μm)下能夠激活相當(dāng)多非基面滑移，明顯高于對比合金，且非基面滑移的激活也一定程度上抑制了孿生。基于TEM位錯柏氏矢量分析原理(g·b=0缺陷不可見原則)，利用雙束條件下WBDF在拉伸后的退火Mg-Er合金中觀察到大量的非基面滑移，這驗證了滑移痕跡分析的結(jié)果。晶界裂紋是變形過程中難以避免的，晶界處的幾何必須位錯密度隨應(yīng)變量的增加而增加(圖3)。作者利用STEM-HAADF/EDS量化分析不同狀態(tài)退火的Mg-Er合金的晶界偏聚水平，300 °C下退火合金的晶界偏聚水平明顯更高，這利于晶界處的非基面位錯激活和抑制晶界開裂，進(jìn)而獲得更高的室溫塑性。