鎂鋰合金是世界上最輕的金屬結構材料，具有低密度（1.3-1.65 g/cm3）、高比強度、高比剛度等特點，擁有良好的導電導熱性能、突出的阻尼性能、優異的電磁屏蔽性能等諸多優勢。當鋰含量超過10.3 wt.%時，鎂鋰合金基體將由HCP-α相轉變為BCC-β相，該相變（HCP→BCC）可以進一步降低合金的密度且顯著提高鎂鋰合金的塑性和冷加工能力。因而BCC鎂鋰合金成為結構輕量化的理想材料，可以推動航空航天、汽車等領域的輕量化發展，助力“雙碳”目標實現。然而，絕對強度低和熱穩定性不足嚴重制約了BCC鎂鋰合金的廣泛應用。合金元素鋁是BCC鎂鋰合金中最有效的沉淀強化元素，項目團隊前期研究發現BCC鎂鋰鋁合金中的強化效應源于調幅分解誘導的納米富Al團簇[1]及其有序相變形成的納米亞穩強化相 D03-Mg3Al；在β單相區內增加Li和Al含量可以設計出輕質、高強、室溫熱穩定性優異的BCC鎂鋰合金[2]。如何進一步提高BCC鎂鋰鋁合金的強度及其高溫熱穩定性，成為拓展其在航空航天領域應用的關鍵問題。針對上述問題，南京理工大學聯合香港大學、西北工業大學、重慶大學，設計了Al-Ag協同合金化的BCC鎂鋰合金。研究結果表明，設計的鎂鋰鋁銀合金的屈服強度達到500 MPa左右，其顯微組織展現了鋁-銀共偏聚以及基體鋰元素的再分布特征。BCC鎂鋰鋁銀合金的高強度源于上述組織引起的共偏聚團簇強化與共格應變強化，其中團簇錯配強化占主導。本工作提出了利用協同合金化設計超輕高強BCC鎂鋰合金的新策略，為鎂鋰合金的高性能應用奠定基礎。相關成果以題為“Achieving high strength via solutes co-clustering and solvents redistribution in an ultralightweight BCC magnesium alloy”發表于國際材料頂刊Materials Research Letters。論文第一作者為南京理工大學唐頌副教授，通訊作者為香港大學辛同正研究員，南京理工大學蘭司教授、寇宗德博士，西北工業大學羅婷教授。https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2023.2188909
圖2. BCC鎂鋰鋁銀合金三維元素分布及其二維成分等高圖
圖3. BCC鎂鋰鋁銀合金HAADF-STEM及EDS能譜圖圖4. BCC鎂鋰鋁銀合金10at.%Al等成分面圖、一維成分分析及Li-Li RDF圖以上工作得到國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、中央高校基本科研業務費等項目支持！近年來，項目團隊有關BCC鎂鋰合金設計及性能調控的代表性論文如下：[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.
