镁锂合金是世界上最轻的金属结构材料，具有低密度（1.3-1.65 g/cm3）、高比强度、高比刚度等特点，拥有良好的导电导热性能、突出的阻尼性能、优异的电磁屏蔽性能等诸多优势。当锂含量超过10.3 wt.%时，镁锂合金基体将由HCP-α相转变为BCC-β相，该相变（HCP→BCC）可以进一步降低合金的密度且显著提高镁锂合金的塑性和冷加工能力。因而BCC镁锂合金成为结构轻量化的理想材料，可以推动航空航天、汽车等领域的轻量化发展，助力“双碳”目标实现。然而，绝对强度低和热稳定性不足严重制约了BCC镁锂合金的广泛应用。合金元素铝是BCC镁锂合金中最有效的沉淀强化元素，项目团队前期研究发现BCC镁锂铝合金中的强化效应源于调幅分解诱导的纳米富Al团簇[1]及其有序相变形成的纳米亚稳强化相 D03-Mg3Al；在β单相区内增加Li和Al含量可以设计出轻质、高强、室温热稳定性优异的BCC镁锂合金[2]。如何进一步提高BCC镁锂铝合金的强度及其高温热稳定性，成为拓展其在航空航天领域应用的关键问题。针对上述问题，南京理工大学联合香港大学、西北工业大学、重庆大学，设计了Al-Ag协同合金化的BCC镁锂合金。研究结果表明，设计的镁锂铝银合金的屈服强度达到500 MPa左右，其显微组织展现了铝-银共偏聚以及基体锂元素的再分布特征。BCC镁锂铝银合金的高强度源于上述组织引起的共偏聚团簇强化与共格应变强化，其中团簇错配强化占主导。本工作提出了利用协同合金化设计超轻高强BCC镁锂合金的新策略，为镁锂合金的高性能应用奠定基础。相关成果以题为“Achieving high strength via solutes co-clustering and solvents redistribution in an ultralightweight BCC magnesium alloy”发表于国际材料顶刊Materials Research Letters。论文第一作者为南京理工大学唐颂副教授，通讯作者为香港大学辛同正研究员，南京理工大学兰司教授、寇宗德博士，西北工业大学罗婷教授。https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2023.2188909
图2. BCC镁锂铝银合金三维元素分布及其二维成分等高图
图3. BCC镁锂铝银合金HAADF-STEM及EDS能谱图图4. BCC镁锂铝银合金10at.%Al等成分面图、一维成分分析及Li-Li RDF图以上工作得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目支持！近年来，项目团队有关BCC镁锂合金设计及性能调控的代表性论文如下：[1]Tongzheng Xin, Yuhong Zhao, Reza Mahjoub, Jiaxi Jiang, Apurv Yadav, Keita Nomoto, Ranming Niu, Song Tang, Fan Ji, Zakaria Quadir, David Miskovic, John Daniels, Wanqiang Xu, Xiaozhou Liao, Long-Qing Chen, Koji Hagihara, Xiaoyan Li, Simon Ringer, Michael Ferry, Ultrahigh specific strength in a magnesium alloy strengthened by spinodal decomposition, Science Advances 7(23) (2021) eabf3039.[2]Song Tang, Tongzheng Xin, Wanqiang Xu, David Miskovic, Gang Sha, Zakaria Quadir, Simon Ringer, Keita Nomoto, Nick Birbilis, Michael Ferry, Precipitation strengthening in an ultralight magnesium alloy, Nature Communications 10(1) (2019) 1003.[3]Tongzheng Xin, Song Tang, Fan Ji, Luqing Cui, Binbin He, Xin Lin, Xiaolin Tian, Hua Hou, Yuhong Zhao, Michael Ferry, Phase transformations in an ultralight BCC Mg alloy during anisothermal ageing, Acta Materialia 239 (2022) 118248.[4]Song Tang, Zongde Kou, Tongzheng Xin, Zijian Zhang, Tao Feng, Ting Luo, Si Lan, Gerhard Wilde, Bin Jiang, Achieving high strength via solutes co-clustering and solvents redistribution in an ultralightweight BCC magnesium alloy, Materials Research Letters 11(7) (2023) 556-562.[5]Song Tang, Tongzheng Xin, Wanqiang Xu, David Miskovic, Chuanqiang Li, Nick Birbilis, Michael Ferry, The composition-dependent oxidation film formation in Mg-Li-Al alloys, Corrosion Science 187 (2021) 109508.
