编辑推荐：镁合金因其轻质和低密度等优势在汽车工业和航空航天等领域得到了广泛应用，但是低强度是镁合金发展的一大限制。细晶强化是最常用的强化方式之一。细晶强化效果可以用Hall-Petch关系来描述，其中，Hall-Petch斜率k是一个重要的参数，代表晶界对变形从一个晶粒传递到相邻晶粒的阻碍作用的大小。镁合金的Hall-Petch斜率与材料参数密切相关。大量的报道表明镁合金的k值具有强烈的织构依赖性，其数值随织构的改变发生显著变化。溶质原子对镁合金的织构和变形模式产生影响，从而影响k值。但是目前，对于不同种类溶质原子对镁合金Hall-Petch斜率的影响规律机制尚未有研究。

近日，南京工业大学先进轻质高性能材料研究中心信运昌教授和重庆大学材料科学与工程学院黄光杰教授等人在镁中分别添加等量（0.35.at%）的Al、Zn、Y、Gd四种溶质原子，挤压得到了Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Y、Mg-Gd四种二元镁合金棒材，发现镁合金的Hall-Petch斜率与溶质原子类型具有密切相关性，通过定量计算和微观结构表征揭示了相应的机制，该研究结果丰富了镁合金强化理论体系，可为利用溶质原子控制和提升镁合金性能提供有益的指导。该成果以题为“Solute atom mediated Hall-Petch relations for magnesium binary alloys”发布在Scripta Materialia上，其中，文钰为论文第一作者，管博为论文的共同第一作者，信运昌教授为论文的通讯作者，黄光杰教授为论文的共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114451

研究人员利用挤压得到的Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Y、Mg-Gd四种二元镁合金棒材，测试了沿挤压棒材的ED压缩时的Hall-Petch斜率k。研究发现，Mg-Y和Mg-Gd合金的Hall-Petch斜率明显低于Mg-Al和Mg-Zn的Hall-Petch斜率。为了探究其机制，研究者通过定量计算的方法揭示了CRSS 比值、织构以及变形模式等影响。研究发现溶质原子可能导致不同变形机制CRSS比值的变化不是导致Hall-Petch斜率溶质原子相关性的主要原因。随后，通过对四种二元镁合金的织构和变形模式进行分析，发现在Mg-Al和Mg-Zn{10-12}孪生是主导变形模式，而在Mg-Y和Mg-Gd中，孪生和基面滑移共同主导变形。由于基面滑移在晶界处塞积有利于激发孪生变形，从而导致晶界阻碍变形传递作用降低，同时晶界对于基面滑移阻碍作用低于对孪生的阻碍作用。因此，基面滑移的大量出现以及基面滑移和孪生的交互作用是导致Mg-Y和Mg-Gd的k值较低的主要原因。

图一溶质原子影响Hall-Petch关系

图二微观织构(a) Mg-Al, (b) Mg-Zn, (c) Mg-Y and (d) Mg-Gd

图三溶质原子类型影响变形机制

综上所述，该论文研究了Mg-Y、Mg-Al、Mg-Zn和Mg-Gd四种二元镁合金中溶质原子对Hall-Petch关系的影响机制。该研究表明Mg-Y和Mg-Gd的k值明显低于Mg-Al和Mg-Zn。研究发现，k值的溶质依赖机制主要与四种合金中与织构差异相关的主导变形模式的变化有关。Zn或Al的加入形成了较强的基相织构，在挤压作用下形成了{10-12}孪晶为主导的变形。相反，Gd或Y的加入使织构弱化，从而使{10-12}孪晶和基面滑移被广泛激活。较低的基面滑移k值和基面滑移对{10-12}孪晶的激活作用，导致Mg-Y和Mg-Gd的k值较低。