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“镁”智库 | 突破“强度-塑性互斥”魔咒！仿神经元异质结构实现镁合金性能跃升
来源:​先进复合材料成形技术课题组 | 作者:大镁 | 发布时间: 42天前 | 36 次浏览 | 分享到:

随着航空航天与新能源汽车轻量化需求激增，镁合金的高强度与高塑性难以兼得的问题长期制约其应用。传统纳米析出强化虽能提升强度，却以牺牲塑性为代价。近日，哈尔滨工程大学张景怀教授团队创新提出纳米微区异质结构（NZH），成功在低稀土含量镁合金中实现强度与塑性的协同突破！


论文信息

标题：Achieving strength-ductility synergistic improvement in Mg alloy via non-uniform precipitate-induced nanoscale-microzone heterostructure

作者：Zehua Li, Jinghuai Zhang, Bin Sun, Shujuan Liu, Xin Qiuc, Liyuan Liu, Gejie Zhi, Yuying He, Qiang Yang,Hao Gu and Ruizhi Wu

期刊：Materials Research Letters

DOI: 10.1080/21663831.2025.249389


图文导读

1. 异质结构设计原理

研究团队通过预冷轧构建位错网络，结合时效处理诱导析出相非均匀分布，形成独特的“软区-硬区”单元：

1）软区：沿位错线生长的细长片状析出相（β''/β'），厚度仅1.4-7.2 nm，允许位错长程滑移；

2）硬区：位错环/阵列上的粗大β'相阵列（尺寸29-63 nm），强烈钉扎位错。



图1 非均匀析出相的TEM表征


2. 力学性能颠覆性提升

Mg-9.9Gd-0.25Ag-0.19Zr合金在NZH调控下获得：

1）超高强度：屈服强度441 MPa，抗拉强度475 MPa；

2）惊人塑性：均匀延伸率达6.0%，较时效前提升7.5倍。该性能远超同类镁合金，首次在低稀土（≤12 wt.%）体系中突破“420 MPa屈服强度+6%延伸率”瓶颈。



图2 合金性能对比


3. 位错滑移机制革新

传统理论认为非基面滑移提升塑性，而本研究揭示：NZH通过促进位错长程滑移改善塑性。软区中细长析出相形成“滑移通道”，使位错滑移距离延长；硬区则通过高背应力（σ_b）提升应变硬化能力。



图3 ER15A样品颈缩后位错形貌


4. 位错调控的关键作用

预冷轧程度直接影响NZH形成：

1）5%冷轧（ERS）仅生成软区，塑性未改善；

2）15%冷轧（ER15） 在动态再结晶区引入密集位错线/环/阵列，为硬区β'阵列提供形核位点，最终形成有效NZH。



图4 15%冷轧样品位错密度图


该工作首次将“纳米微区异质结构”引入镁合金强化领域，为破解强度-塑性倒置难题提供新范式。通过精准调控位错结构诱导非均匀析出，既可兼容超高强度与实用塑性，也为开发新一代高综合性能镁稀土合金开辟道路。