導(dǎo)語：現(xiàn)有的研究表明，在鎂合金中添加合金元素其阻尼性能會隨添加量的增加而惡化，限制了高強高阻尼鎂合金的設(shè)計。本工作基于多元素固溶相斥的行為特征，篩選了相斥元素組合Sn和Y，發(fā)展了近凈析出鎂合金，純化基體相，同時使第二相彌散析出，可強化合金，得到了超高阻尼性能且具有良好力學(xué)性能前景的功能結(jié)構(gòu)一體化鎂合金系。

重慶大學(xué)國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心的袁媛研究員和潘復(fù)生院士團(tuán)隊通過合理設(shè)計，結(jié)合固溶熱力學(xué)特征制備了Mg-0.69Sn-0.69Y合金，經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗蟮逆V合金具有高阻尼性能(ε=1×10?3，阻尼值為0.201)和非常低的室溫臨界應(yīng)變幅值(εcr1=2.97×10?5)，這是由于基體相的純化和亞晶的共同作用所致。隨著溫度的升高，亞結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，減振能力降低。相關(guān)研究以“The ultrahigh damping capacity of Mg-Sn-Y alloy”為標(biāo)題發(fā)表在Scripta Materialia上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2023.115514

研究發(fā)現(xiàn)，Sn和Y在α-Mg相中的固溶體明顯低于它們各自在α-Mg相中的固溶度。在480 ℃時，Sn和Y在α-Mg相中的固溶度分別約為9.35 at.%和2.94 at.%。且經(jīng)過高溫析出處理，該合金基體相中存在大量平行位錯和亞晶結(jié)構(gòu)。

圖1 Mg-0.69Sn-0.69Y 合金的相組成和形貌結(jié)構(gòu)

對于Mg-0.69Sn-0.69Y合金，初生相中的溶質(zhì)原子很少，因此基體中對位錯的硬釘扎很少，在整個測試應(yīng)變范圍內(nèi)，合金的阻尼值都遠(yuǎn)高于0.01。

當(dāng)應(yīng)變幅值大于臨界應(yīng)變(εcr1=2.97×10?5)時，合金的減振性能急劇提高。結(jié)合G-L公式，阻尼值隨位錯密度的增加而增加。其次，經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗螅慊鸷辖鹬袣埩袅舜罅康臍堄嗫瘴唬叩目瘴幻芏葞砹宋诲e脫離空位的高能耗。結(jié)果表明，高空位密度和高密度位錯相結(jié)合的Mg-0.69Sn-0.69Y合金具有超高的阻尼性能，從εcr1點阻尼值急劇升高。且合金形成的亞晶界是平直的，沿小角度晶界有大量的平行位錯，形成了新的耗能來源。兩點機(jī)制結(jié)合使Mg-0.69Sn-0.69Y合金顯示了比純鎂更優(yōu)的阻尼性能。此外，由于固溶析出過程使α-Mg相具有相對較大的晶格常數(shù)，結(jié)構(gòu)疏松，空位剝離位錯更加容易，因此帶來較低的εcr1值，使Mg-0.69Sn-0.69Y相對于純鎂顯示更強的應(yīng)變敏感性。

圖2 (a) Mg-0.69 Sn-0.69 Y 合金亞晶粒的TEM 明場像顯微圖。(b-d)相應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖。

圖3 純鎂和鎂合金的減振性能

綜上，Mg-0.69Sn-0.69Y合金具有優(yōu)良的減振性能，超高的減振能力(高于純鎂的減振能力)和低的臨界應(yīng)變幅值(對應(yīng)變幅值高度敏感)，且在較寬的應(yīng)變范圍內(nèi)均具有高阻尼值。該合金優(yōu)良的減振性能歸因于基體的純化和較高的空位密度，以及能有效促進(jìn)平行位錯產(chǎn)生的平且直的亞晶的存在。在溫度減振試驗中，由于亞晶結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，減振能力隨著溫度的升高而降低。該工作為高強高阻尼鎂合金的設(shè)計提供了新的設(shè)計思路。

重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院袁媛研究員為本文的通訊作者，重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生張倫超為論文第一作者，鎂中心王敬豐教授和潘復(fù)生院士為共同作者。本研究得到國家重點研發(fā)項目和自然科學(xué)基金項目的資助。