導讀：傳統Al-Mg合金的強度主要依靠冷變形和增加Mg含量，但當Mg含量高（>3 wt.%）時，它容易發生應力腐蝕開裂（SCC）。同時優化鋁鎂合金的強度和抗SCC性能是一項具有挑戰性的工作。本研究介紹了一種通過動態塑性變形和優化退火，提高強度和抗SCC性能的納米Al-10Mg （10wt .%）合金。變形后的樣品呈現納米級片層結構。隨著退火溫度的升高，合金的組織尺寸增大，位錯密度減小，由片層晶向等軸晶轉變。250℃退火的納米Al-10Mg合金表現出優異的力學性能，敏化狀態下的SCC敏感性降低。高比例的低角度晶界與降低位錯密度可以有效抑制晶界析出相（GBPs）在敏化過程中的形核和生長，從而保持相對較低的GBPs覆蓋率。研究結果為設計高Mg含量、高強度的鋁鎂合金提供了指導。

鋁鎂合金系列具有中等強度的特性，廣泛應用于汽車、船舶和建筑行業。強化這些合金通常通過冷變形和增加鎂含量來實現。然而，通過提高鎂含量來提高Al-Mg合金的強度面臨著顯著的挑戰。當Mg含量超過3wt .%時，在50 ~ 220℃的高溫下，Mg的過飽和會導致沿晶界的β相分解和形成。這種情況下容易發生嚴重的晶間應力腐蝕開裂（IGSCC）。

大量的研究表明，晶界相在高強度Al-Mg合金應力腐蝕開裂（SCC）敏感性中的關鍵作用。對嚴重IGSCC的易感性與沿GBs持續存在的活性β相有關，β相容易優先溶解。來自Pickens等人的實驗證據表明，當A5083合金在150℃下暴露72 h時，沿GBs形成半連續的膜狀β相。Mg含量的增加和時效時間的延長使β相顆粒之間的間距減小，使這一問題更加嚴重。Yukawa等人觀察到，在150℃下時效100 h后，al - 9mol .% Mg合金沿GBs形成了連續的β相層。此外，不連續的GBPs的溶解會導致裂紋尖端溶液酸化，從而促進原子氫的產生，并可能引發合金的氫脆。因此，有效控制GBPs是提高高強度Al-Mg合金抗SCC性能的關鍵。

提高鋁鎂合金抗SCC性能的策略已經得到了廣泛的研究。其中一個策略是在最佳溫度下進行熱處理，這可以降低敏化Al-Mg合金的SCC敏感性。Kramer等人表明，將敏化的AA5456-H116樣品再次暴露在240 - 280°C的溫度下10分鐘，通過溶解GBPs有效地逆轉敏化。然而，值得注意的是，雖然這種補救性熱處理減輕了SCC的敏感性，但也可能導致合金強度的降低。另一種提高抗SCC能力的方法是在Al-Mg合金中加入微量元素。已知微量元素如Sr、Nd和Zn會干擾GBPs的連續性，從而增強Al-Mg合金的耐敏化性。然而，這種方法并不能同時導致強度的顯著增強。最近，Zhang等人通過循環塑性引入高密度的Mg-Al團簇，提高了5083樣品的強度。這一過程有效地延緩了70℃下GBPs的形成，從而提高了耐腐蝕性。盡管如此，在這種情況下，延長老化處理或較高的老化溫度可能導致致敏。

塑性變形方法被廣泛應用于通過晶粒細化來改善Al-Mg合金的力學性能。然而，隨著晶粒尺寸的減小，特別是在納米尺度上，GBs的比例增加，這可能促進高角晶界（HAGBs）析出相的成核和生長，從而潛在地降低SCC阻力。然而，由于低界面能和低擴散系數，低角度晶界已被證明可以顯著抑制β相的析出。因此，目前的挑戰在于如何制備高比例的lagb。我們之前的研究表明，在Al-5Mg合金中引入高比例的lagb可以通過動態塑性變形（DPD）來實現。納米結構（NS） Al-5Mg和Al-5Mg- 3zn樣品在高應變條件下產生超過70%的lagb[36,37]。這些敏化的NS Al-Mg合金表現出優異的抗SCC性能和相對較高的屈服強度，因為在退火處理后，保持了高比例的lagb，抑制了GBPs的形成。雖然目前的策略已被證明對Mg含量為5 wt.%的Al-Mg合金有效，但其對Mg含量更高的合金的適用性仍不確定。此外，退火處理可以降低位錯密度，但也可能導致微觀組織的變化，包括晶粒尺寸的改變和晶界取向的錯誤，對SCC抗性有復雜的影響。因此，實現高Mg含量Al-Mg合金的強度和抗SCC性能的同時增強仍然是一個重大挑戰。

在本研究中，通過DPD和退火方法對NS Al-10Mg合金進行了加工，主要是為了了解其顯微組織演變以及與強度和抗SCC性能相關的性能。結果表明，經250℃退火的NS Al-10Mg合金具有較高的抗拉強度和良好的抗SCC性能。

相關研究成果以“Enhancing strength and stress corrosion cracking resistance in high-Mg Al-Mg alloys through nanostructuring and controlled annealing”發表在Journal of Materials Science & Technology上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030224010685

本研究介紹了納米結構Al-10Mg （wt.%）合金的研究進展，該合金具有增強的強度和抗SCC性能。采用DPD再退火的方法，制備了具有精細組織的合金。隨著退火溫度的升高，晶粒結構由拉長晶片轉變為等軸晶，并伴有位錯密度的降低。納米合金表現出優異的屈服強度和塑性，主要是由于晶界強化和固溶強化。退火處理對變形態Al-10Mg合金中的LGBBC有顯著影響，這是增強抗SCC性能的重要步驟。TEM觀察和SSRT測試表明，由于GBPs的持續覆蓋，傳統敏化的樣品對SCC非常敏感，而AS250合金的LGBBC減少，在保持高強度和塑性的同時，顯著提高了抗SCC能力。這些發現為提高鎂含量鋁鎂合金的強度和抗SCC能力提供了策略途徑。