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哈工大鎂合金頂刊綜述：輕質高模量鎂及鎂基合金材料！

2022-09-26 15:18:17 作者：材料學網來源：材料學網分享至：

鎂 (Mg) 和 Mg 合金以其低密度、易回收性、優異的阻尼和機械加工性而聞名，但在彈性模量低、絕對強度低和耐腐蝕性差方面受到限制。隨著航空航天、汽車、兵器等現代工業的發展，人們迫切需要具有低密度和高剛度的金屬材料來節約能源和減少溫室氣體的排放。因此，提高鎂基材料的彈性模量被認為是過去幾十年開發新型高性能鎂基材料時最關鍵的問題之一。然而，由于彈性模量是某種材料體系的固有特性，盡管投入了大量的努力，但通過合金化或復合材料的制造，獲得了有限的模量增量。因此，制備高模量鎂基材料仍然是一個瓶頸。

從微觀上講，彈性模量取決于原子間的結合力。因此，它對熱處理、制造過程或微小的成分變化不敏感。為了增加這個值，需要將某些組件引入系統中，這些組件可以改變相鄰原子之間的相互作用。目前，主要有兩種方法可以顯著提高 Mg 的彈性模量：(i) 通過摻入 Al、Li、Ge 、Pb 、Si 、Y 、Ag、Zn 和稀土（RE）元素進入鎂基體；(ii) 通過加入高模量增強材料如陶瓷顆粒（Al 2 O 3 、SiC 、B 4 C 、AlN來制造 Mg 基復合材料、WC 、MgO、TiB 2、Si 3 N 4、ZrO 2、TiC、SiO 2等）、晶須（Mg 2 B 2 O 5、Al 18 B 4 O 33、Al 2 O 3 , SiC , etc.) 和長纖維 (C , Ti , Al 2 O 3 , TiNi等）進入復合系統。盡管已經開發了許多鎂基材料，但實現了有限的模量增量，特別是在鎂合金中。通常，鎂合金與純鎂相比，楊氏模量提高不到25%，遠小于相同比例合金元素引起的強度增量。鎂基復合材料的模量增強相對鎂合金高，增強效率很大程度上取決于所采用的增強材料。目前，以連續纖維增強的鎂基復合材料具有較高的模量，而采用晶須和顆粒增強的鎂基復合材料的模量增量要小得多。無論如何，鎂基復合材料的上限遠高于鎂合金。

在此，哈爾濱工業大學材料科學與工程學院王曉軍教授團隊受這些觀察的啟發，回顧過去幾十年通過鎂合金和鎂基復合材料制造高模量鎂基材料的發展。綜述了合金化和復合方法的彈性模量強化機制。介紹了具有不同析出物的高模量鎂合金，從增強體類型、尺寸、體積分數以及增強體與鎂基體的界面結合條件等方面比較了不同增強體增強的鎂基復合材料的顯微組織和力學性能。. 此外，討論了為鎂基復合材料提出的兩種廣為接受的模量預測模型的優點和局限性。最后，在彈性模量強化效率的情況下，比較了鎂合金和鎂基復合材料兩種高模量材料。提出并展望了高模量鎂基材料存在的挑戰和發展趨勢。

相關研究成果以題“Improving the Young's modulus of Mg via alloying and compositing – A short review”發表在增材制造頂刊Journal of Magnesium and Alloys上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956722001797