編輯推薦：鎂合金因其輕質(zhì)和低密度等優(yōu)勢在汽車工業(yè)和航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是低強(qiáng)度是鎂合金發(fā)展的一大限制。細(xì)晶強(qiáng)化是最常用的強(qiáng)化方式之一。細(xì)晶強(qiáng)化效果可以用Hall-Petch關(guān)系來描述，其中，Hall-Petch斜率k是一個(gè)重要的參數(shù)，代表晶界對(duì)變形從一個(gè)晶粒傳遞到相鄰晶粒的阻礙作用的大小。鎂合金的Hall-Petch斜率與材料參數(shù)密切相關(guān)。大量的報(bào)道表明鎂合金的k值具有強(qiáng)烈的織構(gòu)依賴性，其數(shù)值隨織構(gòu)的改變發(fā)生顯著變化。溶質(zhì)原子對(duì)鎂合金的織構(gòu)和變形模式產(chǎn)生影響，從而影響k值。但是目前，對(duì)于不同種類溶質(zhì)原子對(duì)鎂合金Hall-Petch斜率的影響規(guī)律機(jī)制尚未有研究。

近日，南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)輕質(zhì)高性能材料研究中心信運(yùn)昌教授和重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黃光杰教授等人在鎂中分別添加等量（0.35.at%）的Al、Zn、Y、Gd四種溶質(zhì)原子，擠壓得到了Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Y、Mg-Gd四種二元鎂合金棒材，發(fā)現(xiàn)鎂合金的Hall-Petch斜率與溶質(zhì)原子類型具有密切相關(guān)性，通過定量計(jì)算和微觀結(jié)構(gòu)表征揭示了相應(yīng)的機(jī)制，該研究結(jié)果豐富了鎂合金強(qiáng)化理論體系，可為利用溶質(zhì)原子控制和提升鎂合金性能提供有益的指導(dǎo)。該成果以題為“Solute atom mediated Hall-Petch relations for magnesium binary alloys”發(fā)布在Scripta Materialia上，其中，文鈺為論文第一作者，管博為論文的共同第一作者，信運(yùn)昌教授為論文的通訊作者，黃光杰教授為論文的共同通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114451

研究人員利用擠壓得到的Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Y、Mg-Gd四種二元鎂合金棒材，測試了沿?cái)D壓棒材的ED壓縮時(shí)的Hall-Petch斜率k。研究發(fā)現(xiàn)，Mg-Y和Mg-Gd合金的Hall-Petch斜率明顯低于Mg-Al和Mg-Zn的Hall-Petch斜率。為了探究其機(jī)制，研究者通過定量計(jì)算的方法揭示了CRSS 比值、織構(gòu)以及變形模式等影響。研究發(fā)現(xiàn)溶質(zhì)原子可能導(dǎo)致不同變形機(jī)制CRSS比值的變化不是導(dǎo)致Hall-Petch斜率溶質(zhì)原子相關(guān)性的主要原因。隨后，通過對(duì)四種二元鎂合金的織構(gòu)和變形模式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在Mg-Al和Mg-Zn{10-12}孿生是主導(dǎo)變形模式，而在Mg-Y和Mg-Gd中，孿生和基面滑移共同主導(dǎo)變形。由于基面滑移在晶界處塞積有利于激發(fā)孿生變形，從而導(dǎo)致晶界阻礙變形傳遞作用降低，同時(shí)晶界對(duì)于基面滑移阻礙作用低于對(duì)孿生的阻礙作用。因此，基面滑移的大量出現(xiàn)以及基面滑移和孿生的交互作用是導(dǎo)致Mg-Y和Mg-Gd的k值較低的主要原因。

圖一溶質(zhì)原子影響Hall-Petch關(guān)系

圖二微觀織構(gòu)(a) Mg-Al, (b) Mg-Zn, (c) Mg-Y and (d) Mg-Gd

圖三溶質(zhì)原子類型影響變形機(jī)制

綜上所述，該論文研究了Mg-Y、Mg-Al、Mg-Zn和Mg-Gd四種二元鎂合金中溶質(zhì)原子對(duì)Hall-Petch關(guān)系的影響機(jī)制。該研究表明Mg-Y和Mg-Gd的k值明顯低于Mg-Al和Mg-Zn。研究發(fā)現(xiàn)，k值的溶質(zhì)依賴機(jī)制主要與四種合金中與織構(gòu)差異相關(guān)的主導(dǎo)變形模式的變化有關(guān)。Zn或Al的加入形成了較強(qiáng)的基相織構(gòu)，在擠壓作用下形成了{(lán)10-12}孿晶為主導(dǎo)的變形。相反，Gd或Y的加入使織構(gòu)弱化，從而使{10-12}孿晶和基面滑移被廣泛激活。較低的基面滑移k值和基面滑移對(duì){10-12}孿晶的激活作用，導(dǎo)致Mg-Y和Mg-Gd的k值較低。