基于晶界偏聚和非基面滑移激活开发室温高塑性镁合金

镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天、武器装备、汽车、3C电子等领域具有巨大的应用潜力。低的室温塑性一直是限制镁合金广泛应用的主要阻碍之一。HCP结构提供了有限数量的可激活的滑移系统，并且只有两个独立的基面滑移系统易于激活，远不能满足Von Mises/Taylor准则。获得超细晶 (约1 μm及以下) 是提高镁及其合金室温塑性的重要手段，然而获得超细晶往往需要特殊的设备和工艺，限制了广泛推广应用。

近期，哈尔滨工程大学张景怀课题组综合利用晶界偏聚和高比例非基面滑移激活开发出室温高塑性镁合金。相关论文以“Developing a Mg Alloy with Ultrahigh Room Temperature Ductility via Grain Boundary Segregation and Activation of Non-basal Slips”为题发表于International Journal of Plasticity。哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院博士生张志为论文第一作者，博士生导师张景怀为通讯作者，哈尔滨工程大学为唯一通讯单位。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103548

在本工作中，通过Er (0.3 at%)元素微合金化、挤压变形和退火等工艺制备了平均晶粒尺寸~8 µm的Mg-Er合金(图1)，获得了室温下接近50%断裂延伸率的高塑性(图2)。相比超细晶而言，该动态再结晶晶粒尺寸可以容易地通过工业常规热挤压工艺(挤压温度300-400 °C)获得，因此该超高塑性镁合金具有高效大规模应用潜力。

作者利用原位EBSD+SEM滑移迹线分析定性/定量研究了变形模式激活规律，表明Mg-Er合金在中等细化晶粒(8 μm)下能够激活相当多非基面滑移，明显高于对比合金，且非基面滑移的激活也一定程度上抑制了孪生。基于TEM位错柏氏矢量分析原理(g·b=0缺陷不可见原则)，利用双束条件下WBDF在拉伸后的退火Mg-Er合金中观察到大量的非基面滑移，这验证了滑移痕迹分析的结果。晶界裂纹是变形过程中难以避免的，晶界处的几何必须位错密度随应变量的增加而增加(图3)。作者利用STEM-HAADF/EDS量化分析不同状态退火的Mg-Er合金的晶界偏聚水平，300 °C下退火合金的晶界偏聚水平明显更高，这利于晶界处的非基面位错激活和抑制晶界开裂，进而获得更高的室温塑性。