Nature新成果：一种高强韧高抗腐蚀纳米合金诞生

2016-02-26 13:34:16 作者：本网编译来源：

无论是在航空航天、海洋船舶、国防、汽车，还是生物医药、运动、电子产品等领域，高强度、高延展性、高抗腐蚀性的超轻量化合金都是迫切需要的！制造这种合金的困难在于：强度性能和延展性、抗腐蚀性是负相关的，很难同时提高合金的强度和延展性、抗腐蚀性！尤其是对于镁合金，高化学活性的镁元素极易腐蚀的问题极大地研制了镁合金材料的广泛应用。

镁合金

在最近一期Nature Materials成果中，新南威尔士大学的徐万强研究员设计出一种具有超低密度(1.4g/cm3)的高强高韧抗腐蚀纳米形变Mg-Li基合金，其耐腐蚀性能堪称世界之最，比目前为止任何一种Mg基合金耐蚀合金都优异。

优化Mg-Li合金的强度、塑韧性、耐蚀性能对比结果

制备工艺
通过热挤压、水加热淬火(WQ),低温老化(< 100?C;WQA)以及冷轧(WQAR)多项工艺制得该高强高韧抗腐蚀纳米形变Mg-Li合金，该合金以Mg、Li为主，并以一种纳米结构包含于面心立方基体中。通过有效控制合金化学成分和优化热及机械加工路线，其表面的碳化锂（Li2CO3）比传统的六方密堆积的镁合金具有更加优异的抗腐蚀性能。

优化Mg-Li合金的腐蚀电化学性能及表面成分测试结果

通过系列对比实验充分证明Mg-Li合金的高强高韧高耐蚀性主要是因为合金表面强化层的形成，具体原因主要来源于成分优化和冷轧挤压处理两方面：

Mg-Li合金表面纳米耐腐蚀强化层形成示意图

1、化学成分优化：该Mg-Li合金暴露于潮湿大气中,Mg和Li将优先氧化分别生成MgO和Li2O，消耗掉近表面层大部分的Li含量，从而促进了下表面生成富Mg层。而后Li2O又会与大气中的CO2反应迅速形成Li2CO3层。

2、冷轧挤压处理纳米化：该Mg-Li合金经过轧制处理，包含大量纳米组织成分和富Li成分,有利于Li、Mg与氧快速反应生成一层较厚薄的Li2O和MgO纳米组织，进而促进外层Li2O分解再次反应生成较厚的Li2CO3保护层。冷轧挤压处理在表面形成的纳米组织不仅有利于表面氧化层纳米，其诱导塑性应变能进一步扩大富Li组织分成更细小的孤立区域, 是合金组织中Li成分更均匀、细致，为表面形成一个厚的碳酸锂外防护层创造了有利条件。

优化Mg-Li合金耐腐蚀性增强的原因，来源于其表面组织纳米化，微观组织结构具有高度均匀性，在六方密堆积结构的Mg基合金表面形成一个接近“零微电解池”结构的体心立方组织结构的表面覆盖层，具有很强的耐电化学腐蚀特性,同时其表面还具有特殊的自修复特性，当表面磨损或损坏时, 表面保护层的可溶性碳酸盐会迅速修复再生，从而不断地保护底层金属免受腐蚀，类似于不锈钢、铝和钛表面形成氧化层。

延伸阅读

【简介】

徐万强博士本科毕业于河北科技大学,于1991和2002年分别于西安理工大学和新西兰的奥克兰大学(The University of Auckland)取得材料科学与工程硕士，2007年于澳大利亚的新南威尔士大学(The University of New South Wales)取得工学博士学位。目前作为一名研究员在位于澳大利亚悉尼的新南威尔士大学材料科学与工程学院从事材料科学与工程研究。研究领域包括：
（1）新型晶态，非晶态合金及其复合材料的设计：超强抗腐蚀高成型性纳米镁合金，新型薄带连铸合金，新型块体非晶合金复合材料，铸态奥氏体贝氏体灰铸铁，双相不锈钢；
（2）形变热处理及固态相变：金属和合金的形变及回火机制，黑色及有色金属加工处理过程中的相变，通过织构强化金属材料；
（3）近终型铸造：黑色及有色金属的薄带连铸，黑色及有色金属的连续铸造，晶态和非晶态金属超薄甩带；
（4）利用各种先进表征工具，如SEM，TEM， 2-D 以及3-D EBSD，TKD，XRD，3-D原子探针，分析和表征从原子尺度到宏观领域的各种组织结构；
（5）利用科学方法和实验手段，分析和解决金属材料及其产品在生产过程中产生的质量问题。
在过去几年内共在国际期刊发表论文40 余篇。

推荐原文

该成果发表于NatureMaterials。

原文：Ahigh-specific-strengthandcorrosion-resistantmagnesiumalloy

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