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Nature子刊：高密度超細(xì)孿晶組織協(xié)同提升鎂合金力學(xué)與腐蝕性能

2021-08-04 11:52:06 作者：腐蝕與防護(hù) 來(lái)源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

劇烈塑性變形（SPD）制備超細(xì)晶，可以獲得超高強(qiáng)鎂合金。近日，南京工業(yè)大學(xué)信運(yùn)昌教授等在Nature Communications上發(fā)文，提出了利用多道次三向壓縮技術(shù)制備孿晶組織，通過對(duì)壓縮路徑及道次應(yīng)變的獨(dú)特設(shè)計(jì)，利用12道次低應(yīng)變和高應(yīng)變循環(huán)交替壓縮，在AZ80鎂合金中成功地制備出平均片層厚度約為200nm的高密度孿晶組織，使平均晶粒尺寸從初始材料的33mm左右細(xì)化至300nm左右，抗拉強(qiáng)度高達(dá)469MPa，是該合金已報(bào)道的抗拉強(qiáng)度中最高的。利用高密度超細(xì)孿晶組織細(xì)化晶粒，不僅避免了非平衡晶界對(duì)耐腐蝕性能的不利影響，而且改變了β-Mg17Al12相的形貌及分布。β-Mg17Al12析出相呈顆粒狀，細(xì)小且均勻分布，從而降低微電偶腐蝕傾向，抑制局部腐蝕的發(fā)生，將腐蝕速率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

鎂合金較低的強(qiáng)度及耐腐蝕性能極大地限制其在工程中的應(yīng)用。通過劇烈塑性變形（SPD）制備超細(xì)晶，可以獲得超高強(qiáng)鎂合金。但具有密排六方結(jié)構(gòu)鎂合金較差的冷變形能力使得許多SPD工藝無(wú)法應(yīng)用于鎂合金，傳統(tǒng)的熱加工又容易造成晶粒長(zhǎng)大，難以獲得超細(xì)晶組織。

更為嚴(yán)重的是，傳統(tǒng)SPD制備的超細(xì)晶主要依賴于高密度位錯(cuò)形成非平衡晶界細(xì)化晶粒，非平衡晶界能量高，會(huì)顯著降低鎂合金的耐腐蝕性能。

此外，目前采用傳統(tǒng)SPD制備的超細(xì)晶鎂合金樣品尺寸小，難以在工程中獲得應(yīng)用。發(fā)展高耐蝕超細(xì)晶組織的工程化制備技術(shù)是目前一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

孿晶組織可用于細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，且孿晶界的能量低，不會(huì)對(duì)鎂合金耐腐蝕性能造成顯著影響。然而，鎂合金中最易啟動(dòng)的拉伸孿晶界面在應(yīng)力作用下易長(zhǎng)大、合并，目前加工方法制備的孿晶片層厚，數(shù)量少，細(xì)晶強(qiáng)化效果有限。因此，高密度超細(xì)孿晶組織的制備是亟需解決的關(guān)鍵問題。

高密度孿晶組織的微觀結(jié)構(gòu)（UFT-4樣品）

析出相的微觀結(jié)構(gòu)

電化學(xué)腐蝕特性及腐蝕機(jī)理

腐蝕形貌

該研究提出了利用特有的多道次交叉壓縮工藝，解決了利用傳統(tǒng)的工程化技術(shù)制備高密超細(xì)孿晶組織的難題，制備出平均片層厚度為200nm的高密度超細(xì)孿晶組織，使平均晶粒尺寸細(xì)化至300nm；以及實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能與耐腐蝕性能的協(xié)同提升，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)469MPa，腐蝕速率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。這項(xiàng)工作所提出的變形技術(shù)可為高強(qiáng)高耐蝕鎂合金的工程化制備以及商業(yè)化應(yīng)用提供重要的指導(dǎo)。

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