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日本材料科学前沿:用纳米技术,实现超强硬度与延展性的镁合金

2019-11-01

京都大学于2019 年8 月23 日与物质材料研究机构(NIMS)共同发表称,通过纳米规模控制材料组织,成功制作出了兼具高强度和高延展性的轻量镁合金。

镁(Mg)作为轻量高强度材料受到极大的期待,但另一方面,由于具有各向异性的六方晶体结构,在延展性/加工性上仍存在难点。

该研究发现构成镁合金的晶粒大小在1μm 以下超微化,具有高强度和较大的拉伸性并存性。

该研究采用Mg-6.2%Zn-0.5%Zr-0.2%Ca 合金(mass%),通过高Pressure Torsion(HPT)的巨大变形加工工艺进行极大的变形加工,之后进行了各种温度/时间的退火热处理。最终,成功制作了完全再结晶组织平均粒径在0.77μm-23.3μm 范围内的多晶试料。

对具有这些平均粒径的镁合金,在室温下进行拉伸试验,即使粒径在1μm 以下,从弹性变形开始塑性变形后,表现出足够大的加工硬化,实现了高强度和极佳的延展性。

调查样品的变形组织发现,随着晶粒的细微化,变形双晶的形成受到抑制,粒径0.77μm 材料中几乎不产生变形双晶。

不产生变形双晶会抑制晶界的破坏,不会发生三维变形。用透射电镜观察粒径0.77μm 材的变形组织,除了导致滑动的转位外,还可以看到通常不活动的锤面滑动引起的转位。

研究者们认为,这些变形机构的戏剧性变化,是实现高强度和较大的拉伸性的主要原因。晶体粒径小于1μm 的构思可以应用于其他金属和合金,并可能产生特殊变形机构的活动。对其他材

料的材料组织进行纳米级控制,以加深对整个金属材料的变形和破坏的认识。研究人员正在推进具有优良力学特性的构造用金属材料的开发。(镁途)