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Nature新成果：一種高強韌高抗腐蝕納米合金誕生

2016-02-26 13:34:16 作者：本網編譯來源：

無論是在航空航天、海洋船舶、國防、汽車，還是生物醫藥、運動、電子產品等領域，高強度、高延展性、高抗腐蝕性的超輕量化合金都是迫切需要的！制造這種合金的困難在于：強度性能和延展性、抗腐蝕性是負相關的，很難同時提高合金的強度和延展性、抗腐蝕性！尤其是對于鎂合金，高化學活性的鎂元素極易腐蝕的問題極大地研制了鎂合金材料的廣泛應用。

鎂合金

在最近一期Nature Materials成果中，新南威爾士大學的徐萬強研究員設計出一種具有超低密度(1.4g/cm3)的高強高韌抗腐蝕納米形變Mg-Li基合金，其耐腐蝕性能堪稱世界之最，比目前為止任何一種Mg基合金耐蝕合金都優異。

優化Mg-Li合金的強度、塑韌性、耐蝕性能對比結果

制備工藝
通過熱擠壓、水加熱淬火(WQ),低溫老化(< 100?C;WQA)以及冷軋(WQAR)多項工藝制得該高強高韌抗腐蝕納米形變Mg-Li合金，該合金以Mg、Li為主，并以一種納米結構包含于面心立方基體中。通過有效控制合金化學成分和優化熱及機械加工路線，其表面的碳化鋰（Li2CO3）比傳統的六方密堆積的鎂合金具有更加優異的抗腐蝕性能。

優化Mg-Li合金的腐蝕電化學性能及表面成分測試結果

通過系列對比實驗充分證明Mg-Li合金的高強高韌高耐蝕性主要是因為合金表面強化層的形成，具體原因主要來源于成分優化和冷軋擠壓處理兩方面：

Mg-Li合金表面納米耐腐蝕強化層形成示意圖

1、化學成分優化：該Mg-Li合金暴露于潮濕大氣中,Mg和Li將優先氧化分別生成MgO和Li2O，消耗掉近表面層大部分的Li含量，從而促進了下表面生成富Mg層。而后Li2O又會與大氣中的CO2反應迅速形成Li2CO3層。

2、冷軋擠壓處理納米化：該Mg-Li合金經過軋制處理，包含大量納米組織成分和富Li成分,有利于Li、Mg與氧快速反應生成一層較厚薄的Li2O和MgO納米組織，進而促進外層Li2O分解再次反應生成較厚的Li2CO3保護層。冷軋擠壓處理在表面形成的納米組織不僅有利于表面氧化層納米，其誘導塑性應變能進一步擴大富Li組織分成更細小的孤立區域, 是合金組織中Li成分更均勻、細致，為表面形成一個厚的碳酸鋰外防護層創造了有利條件。

優化Mg-Li合金耐腐蝕性增強的原因，來源于其表面組織納米化，微觀組織結構具有高度均勻性，在六方密堆積結構的Mg基合金表面形成一個接近“零微電解池”結構的體心立方組織結構的表面覆蓋層，具有很強的耐電化學腐蝕特性,同時其表面還具有特殊的自修復特性，當表面磨損或損壞時, 表面保護層的可溶性碳酸鹽會迅速修復再生，從而不斷地保護底層金屬免受腐蝕，類似于不銹鋼、鋁和鈦表面形成氧化層。

延伸閱讀

【簡介】

徐萬強博士本科畢業于河北科技大學,于1991和2002年分別于西安理工大學和新西蘭的奧克蘭大學(The University of Auckland)取得材料科學與工程碩士，2007年于澳大利亞的新南威爾士大學(The University of New South Wales)取得工學博士學位。目前作為一名研究員在位于澳大利亞悉尼的新南威爾士大學材料科學與工程學院從事材料科學與工程研究。研究領域包括：
（1）新型晶態，非晶態合金及其復合材料的設計：超強抗腐蝕高成型性納米鎂合金，新型薄帶連鑄合金，新型塊體非晶合金復合材料，鑄態奧氏體貝氏體灰鑄鐵，雙相不銹鋼；
（2）形變熱處理及固態相變：金屬和合金的形變及回火機制，黑色及有色金屬加工處理過程中的相變，通過織構強化金屬材料；
（3）近終型鑄造：黑色及有色金屬的薄帶連鑄，黑色及有色金屬的連續鑄造，晶態和非晶態金屬超薄甩帶；
（4）利用各種先進表征工具，如SEM，TEM， 2-D 以及3-D EBSD，TKD，XRD，3-D原子探針，分析和表征從原子尺度到宏觀領域的各種組織結構；
（5）利用科學方法和實驗手段，分析和解決金屬材料及其產品在生產過程中產生的質量問題。
在過去幾年內共在國際期刊發表論文40 余篇。

推薦原文

該成果發表于NatureMaterials。

原文：Ahigh-specific-strengthandcorrosion-resistantmagnesiumalloy

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