鎂合金的密度是鋼鐵的1/4、鋁合金的2/3，是最輕的金屬結構材料，但低的絕對強度和耐蝕性極大限制了其實際工程應用。通常采用的劇烈塑性變形（SPD）方法對鎂合金強度的大幅提升較為有效，可制備出超細晶超高強鎂合金。然而，具有密排六方結構鎂合金較差的冷變形能力，需在較高溫度條件下進行SPD加工處理，極易造成晶粒長大，難以獲得超細晶組織。更為嚴重的是，傳統SPD制備的超細晶所形成非平衡晶界會顯著降低鎂合金的耐蝕性。此外，傳統SPD制備的超細晶鎂合金樣品尺寸小，難以在工程中獲得應用。

早期研究表明，孿晶組織也可用于細化晶粒，提高強度，且孿晶界的能量低，不會對鎂合金耐腐蝕性能造成顯著影響。然而，鎂合金中最易啟動的拉伸孿晶界面在應力作用下易長大和合并。因此，高密度超細孿晶組織的制備是亟需解決的關鍵問題。 

近日，金屬所中科院核用材料與安全評價重點實驗室許道奎研究員團隊與南京工業大學信運昌教授課題組合作在制備高強高耐蝕鎂合金材料方面取得重要進展。該研究成果以“Evading strength-corrosion tradeoff in Mg alloys via dense ultrafine twins” 為題發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。 

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24939-3

他們采用多道次三向壓縮技術制備孿晶組織，通過對壓縮路徑及道次應變的獨特設計，利用12道次低應變和高應變循環交替壓縮，在AZ80鎂合金中成功地制備出平均片層厚度約為200 nm的高密度孿晶組織，使平均晶粒尺寸從初始材料的33 mm左右細化至300 nm，其抗拉強度高達469 MPa，是已報道該系列鎂合金中強度最高的。利用高密度超細孿晶組織細化晶粒，不僅避免了非平衡晶界對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，細小且均勻分布在鎂基體中，顯著抑制了局部腐蝕的發生，將腐蝕速率降低了一個數量級。

圖1. 高密度孿晶組織的微觀結構（UFT-4樣品）

圖2. 析出相的微觀結構

圖3. 腐蝕速率

圖4. 腐蝕形貌

圖5. 力學性能