鎂合金由于具有比強度高和低密度等特點，在航空航天，汽車工業(yè)、醫(yī)藥化工等領域應用廣泛。然而由于其固有的密排六方結(jié)構(gòu)，致使其延展性較差，獲得兼具高強度與高塑性的鎂合金也成為當前研究的一個重要方向。前期研究結(jié)果表明，通過表面機械研磨處理（SMAT），在鎂合金表面引入梯度納米結(jié)構(gòu)，能夠顯著改善鎂合金的顯微硬度和耐磨性能，但會導致其塑性的顯著降低。

金屬所沈陽材料科學國家研究中心大灣區(qū)研究部呂堅院士及其合作者，在先前發(fā)現(xiàn)非晶包裹納米晶的超納雙相鎂合金可實現(xiàn)近理論強度（Nature 545, 80-83 （2017））的基礎上，以AZ31合金為研究對象，首先使用SMAT在鎂合金表面得到梯度納米晶，再通過磁控濺射在合金表面沉積Mg基雙相金屬玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca），創(chuàng)新性的將納米雙相金屬玻璃與梯度納米晶結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，設計出全新多級結(jié)構(gòu)鎂合金。研究結(jié)果表明，該合金屈服強度較原合金提升31%，達到230MPa，與SMAT鎂合金強度相當；同時該合金的延伸率較SMAT鎂合金提升3倍，達到20%，恢復至未SMAT（粗晶）水平，從而實現(xiàn)了高強度與高塑性的有效結(jié)合。進一步研究發(fā)現(xiàn)，多級納米結(jié)構(gòu)鎂合金的優(yōu)異力學性能包括三種變形機制，包括：雙相金屬玻璃發(fā)生多重剪切帶與納米晶化，金屬玻璃阻擋納米晶層的裂紋延伸，以及SMAT納米晶層的晶粒長大。類似的新型納米結(jié)構(gòu)可以得到高強度高塑性銅。這一合金結(jié)構(gòu)設計理念有望在其他合金體系，特別是密排六方結(jié)構(gòu)合金中，實現(xiàn)高強度與高延伸性的結(jié)合，并指導未來新材料設計。

相關成果以“Nano-dual-phase metallic glass film enhances strength and ductility of a gradient nanograined Magnesium alloy”為題發(fā)表在《Advanced Science》。

論文鏈接

圖1. Mg-Zn-Ca雙相金屬玻璃（NDP-MG）的結(jié)構(gòu)與成分

圖2.納米梯度SMAT鎂合金的結(jié)構(gòu)與機械性能

圖3.雙相金屬玻璃+SMAT（NDP-MG coated SMAT-H′）鎂合金室溫力學性能

圖4. NDP-MG變形前與拉伸6%形變后SEM形貌