东北大学秦高梧团队开发新型轻质低合金化超高强度镁合金

2021-06-02 0 新闻公告来源：东北大学新闻网

近日，东北大学秦高梧团队在镁合金领域取得重要进展。通过很低的合金化使得挤压态Mg-Ce-Al合金获得了高的屈服强度(~ 365 MPa)，Mg-0.2 wt.% Ce合金中加入痕量的Al (0.05 wt.%)可以促进沿位错和晶界的富Ce-Al偏析形成，进而有效地平衡热激活位错的回复，保证了晶粒的细化（< 500nm）。超细晶粒主要与溶质的线性共偏析与平面共偏析有关，而不是传统的单一平面偏析或晶界的纳米沉淀。相关研究成果以题为“Development of novel lightweight and cost-effective Mg-Ce-Al wrought alloy with high strength”发表在Materials Research Letters上，论文的第一作者为材料学院潘虎成副教授，同时博士生李景仁和谢东升也参与了该项研究。

近年来，高性能金属材料的一个重要的发展方向是在成分低合金化概念的基础上保持优异的力学性能，即在不添加或添加少量溶质的情况下，稳定现有缺陷，从而促进超细/纳米晶粒的形成。镁，作为最轻的金属结构材料(密度约为铝的2/3和钢的1/4)，在减轻重量方面发挥着重要的作用，在交通运输和航空航天领域有着巨大的应用潜力。根据“素化”概念，低合金Mg材料由于其抗变形能力低，代表着高的成形性，近年来备受关注。此外，与传统镁合金相比，“素化”镁合金的密度可继续下降10 ~ 20%，减量优势更加明显。近年来，在Mg-2Sn-2Ca变形镁合金中，无稀土和低合金化镁合金的最高强度达到了约460 MPa，这意味着可以通过优化溶质和加工路线的选择来避免过量合金元素的添加。因此，新型高强度低合金化镁合金具有良好的加工性和较低的成本，具有广阔的工业应用前景。

进一步的，开发出合金含量更低的高强度微合金化Mg材料更具吸引力。一个明显的原因是，低的合金添加可以有效避免第二相的形成，促进Mg基体均匀腐蚀，大大提高其耐蚀性。利用微合金化设计对实现Mg资源的循环利用和可持续开发具有重要意义。然而，在这种“素化”的镁合金中获得明显的晶粒细化仍然是一个很大的挑战。

东北大学秦高梧教授团队选择Mg-0.2 wt.% Ce合金作为模型材料，该材料之前被证明是高韧性的。然而，Mg-Ce基合金的屈服强度通常较低，小于100 MPa。在此背景下，团队探索了一种新的微合金化Mg-Ce-Al合金，获得了意想不到的超细晶粒（< 500nm）和高强度(350 MPa以上)。成功研制了一种重量轻、性价比高的Mg-Ce-Al稀挤压合金。从资源节约型可持续材料的角度来看，镁合金高强度、低合金化含量的概念对镁合金的设计和开发具有重要意义。