傳統(tǒng)的超細(xì)晶粒鎂合金可以獲得較高的強(qiáng)度，但由于夾雜了大量的非平衡晶界，對(duì)鎂合金的耐蝕性有很大的影響。

在此，來(lái)自南京工業(yè)大學(xué)等單位的研究者制備了一種由致密超細(xì)孿晶組成的超細(xì)晶組織，該組織具有高達(dá)469MPa的高強(qiáng)度，腐蝕速率降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。相關(guān)論文以題為“Evading strength-corrosion tradeoff in Mg alloys via dense ultrafine twins”發(fā)表在Nature Communications上。

論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-021-24939-3

鎂(Mg)約占地殼的2.7%，密度約為鋼的23%，鋁的66%，是工業(yè)中廣泛使用的金屬，特別是在節(jié)能和環(huán)境友好的應(yīng)用中。鎂化學(xué)反應(yīng)性優(yōu)異，其天然的鈍化表層不能提供足夠的防腐保護(hù)。此外，純鎂的機(jī)械強(qiáng)度較低，不能滿足工程應(yīng)用的要求。因此，制備超高強(qiáng)度、高耐腐蝕鎂合金具有重要意義。因此，

一般來(lái)說(shuō)，鎂合金的耐蝕性與其機(jī)械強(qiáng)度成反比，這在大量的超細(xì)晶或析出強(qiáng)化鎂合金中得到了很好的證明。鎂合金，具有較強(qiáng)的晶界強(qiáng)化響應(yīng)和超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)(晶粒尺寸<1?m)通常用于獲得超高強(qiáng)度鎂合金。嚴(yán)重塑性變形(SPD)，是產(chǎn)生超細(xì)晶粒的有效方法。雖然鎂合金較差的工作能力，妨礙了許多SPD技術(shù)的適用性，但高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)和表面機(jī)械磨損處理(SMAT)已經(jīng)成功地制備了超細(xì)晶Mg產(chǎn)品。然而，這些超細(xì)晶粒由大量的非平衡晶界組成，對(duì)耐腐蝕性能產(chǎn)生不利影響。例如，SMAT后，純Mg和Mg-1Ca合金的腐蝕速率增加了一個(gè)以上的數(shù)量級(jí)。此外，SPD制備的這些超細(xì)晶鎂合金，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)往往太小，使用適合大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)，制備高耐腐蝕性的超細(xì)晶鎂合金，仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。此外，析出硬化鎂合金中的二次相常作為負(fù)極，產(chǎn)生深度電偶腐蝕，特別是析出相分布不均勻，往往導(dǎo)致嚴(yán)重的局部腐蝕和機(jī)械完整性的迅速喪失。

變形孿晶，也用于細(xì)化晶粒和增強(qiáng)鎂合金。然而，由于孿晶界在應(yīng)變作用下的高遷移率，往往導(dǎo)致同一孿晶變異體的孿晶增厚和聚并，因此，在鎂合金中制備高密度的超細(xì)孿晶是相當(dāng)困難的，孿晶的強(qiáng)化效果也很有限。

在此，研究者報(bào)道一種通過(guò)精心設(shè)計(jì)的多向壓縮法，制備由密集的超細(xì)孿晶組成的超細(xì)晶鎂合金AZ80(晶粒尺寸~300 nm)的策略。與非平衡晶界相比，孿晶界的低能量，有效地規(guī)避了非平衡晶界對(duì)耐腐蝕性能的不利影響。除了高達(dá)469 MPa的高強(qiáng)度，這種超細(xì)孿晶(UFT)結(jié)構(gòu)降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)的腐蝕速率，并完全抑制了嚴(yán)重的局部腐蝕。這里提出的大規(guī)模生產(chǎn)可行工藝，使鎂合金的生產(chǎn)具有高強(qiáng)度和高耐腐蝕性。

圖1 高密度孿晶的微觀結(jié)構(gòu)。

圖2 180°C時(shí)效24 h后的顯微組織。

圖3 在3 wt.% NaCl溶液中的腐蝕速率。

圖4 3 wt.% NaCl溶液后的腐蝕形貌。

圖5 室溫拉伸力學(xué)性能。

圖6 電化學(xué)腐蝕特性及腐蝕機(jī)理。

在此，研究者已經(jīng)成功地解決了在Mg AZ80中使用量產(chǎn)工藝制造高密度超細(xì)孿晶的挑戰(zhàn)性問題。這種超細(xì)晶孿晶結(jié)構(gòu)，有效地避免了超細(xì)晶鎂合金的強(qiáng)度-腐蝕權(quán)衡。該方法也有應(yīng)用于其它鎂合金的潛力。該研究結(jié)果表明，制備超高強(qiáng)度和高耐腐蝕鎂合金的工業(yè)應(yīng)用是可行的。