近日，上海交通大学曾小勤教授团队在镁合金半固态成型研究方面取得重要进展，相关成果以“Composition-Microstructure-Property Relationships in Thixomolding Mg-Al-Zn Alloys: Role of the Al/Zn Ratios”为题，发表于材料领域权威期刊《Metallurgical and Materials Transactions A》。论文第一作者为谷立东博士，通讯作者为王杰助理研究员。

论文链接

Gu et al., Metallurgical and Materials Transactions A, 2025.

DOI:  https://doi.org/10.1007/s11661-025-08021-x   

研究背景        

半固态注射成型（Thixomolding）是一种先进的镁合金精密成形工艺。其特点在于将合金加热至液-固两相区，在螺杆剪切作用下形成具有触变性的半固态浆料，实现层流充型。该工艺能显著减少气孔和缩松等缺陷，获得细小均匀的非枝晶组织，从而有效提升构件的力学性能与尺寸精度。然而，传统适用于高压压铸的商用镁合金在半固态成型过程中性能尚未充分发挥，除了AZ91D和AM60B，适于半固态工艺的新材料研发十分必要。为此，本研究固定Al+Zn总含量为10 wt%，系统调节Al/Zn比例，深入揭示其与微观组织和性能之间的内在联系。    

半固态注射成型工艺示意图    

研究内容        

研究结果表明，通过合理调控Al/Zn比例，可实现合金在强度、塑性和导热性之间的协同优化，

为面向半固态成型工艺的镁合金成分设计提供了重要理论依据与工程指导。 

微观组织演变： 

•  相组成：随着Al/Zn比例降低，合金中析出相由连续网状Mg₁₇Al₁₂ 逐渐转变为孤立块状MgZn，中铝中锌合金（如AZ64–AZ28）中则形成Mg-Al-Zn三元金属间化合物。  •  二次相含量：Mg-10Al合金中二次相面积分数为12.8%，随Zn含量增加先降后略升，Mg-10Zn合金中为10.7%。  •  晶粒结构：所有合金均获得均匀细小的等轴晶组织，平均晶粒尺寸介于4.4-6.3 μm，且织构随机分布，无显著择优取向。      

不同Al/Zn比的半固态注射成型Mg-Al-Zn合金相组成演变

力学性能分析: 

•  强度：随着Al含量增加，屈服强度呈上升趋势，Mg-10Al合金YS最高达161.4 MPa，主要归因于大量Mg₁₇Al₁₂相的强化作用。  •  塑性：Zn含量的提升显著改善合金塑性，Mg-10Zn合金伸长率最高达18.56%，这与Zn固溶促进非基面滑移及块状MgZn相抑制微裂纹扩展有关。  •  强塑性匹配:中Al/Zn比合金(AZ64-AZ37)表现出最优综合性能:YS > 153 MPa，UTS > 294 MPa， elongation > 12%。    

不同Al/Zn比的半固态注射成型Mg-Al-Zn合金力学性能  

热/电导率行为: 

 •  合金的导热性能随Al/Zn比例降低持续提升，Mg-10Al合金热导率为50.6 W/(m·K)，Mg-10Zn合金提高至110.0 W/(m·K)。  •  主导机制包括固溶原子散射与第二相影响，Al原子对电子/声子的散射能力强于Zn，是导致高Al合金热导率下降的主因。连续网状Mg₁₇Al₁₂相阻碍晶间热传输，而离散分布的MgZn相对导热路径影响较小。  •  热/电性能变化趋势符合Wiedemann-Franz定律，说明电子传导在热输运中起主导作用。 

    不同Al/Zn比的半固态注射成型Mg-Al-Zn合金物性数据与导热/导电性能      

研究结论        

本研究系统阐明通过调控Al/Zn比例可实现半固态成型镁合金的“性能可设计性”，为未来镁合金设计提供了有价值的参考。中Al/Zn比合金（如AZ64-AZ37），适用于对强度、塑性与导热性均有要求的结构-功能一体化部件，如汽车座椅骨架、电子设备壳体等。高Zn合金（如Mg-10Zn），凭借优异导热性，在散热模组、LED基板等热管理场景中具备潜力。未来研究方向可包括引入稀土、Ca等微合金元素以优化高温性能与耐蚀性，并推动中试验证与产业化应用，实现从实验室研究向工程实践的跨越。