導語：現有的研究表明，在鎂合金中添加合金元素其阻尼性能會隨添加量的增加而惡化，限制了高強高阻尼鎂合金的設計。本工作基于多元素固溶相斥的行為特征，篩選了相斥元素組合Sn和Y，發展了近凈析出鎂合金，純化基體相，同時使第二相彌散析出，可強化合金，得到了超高阻尼性能且具有良好力學性能前景的功能結構一體化鎂合金系。

重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心的袁媛研究員和潘復生院士團隊通過合理設計，結合固溶熱力學特征制備了Mg-0.69Sn-0.69Y合金，經過高溫熱處理后的鎂合金具有高阻尼性能(ε=1×10?3，阻尼值為0.201)和非常低的室溫臨界應變幅值(εcr1=2.97×10?5)，這是由于基體相的純化和亞晶的共同作用所致。隨著溫度的升高，亞結構不穩定，減振能力降低。相關研究以“The ultrahigh damping capacity of Mg-Sn-Y alloy”為標題發表在Scripta Materialia上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2023.115514

研究發現，Sn和Y在α-Mg相中的固溶體明顯低于它們各自在α-Mg相中的固溶度。在480 ℃時，Sn和Y在α-Mg相中的固溶度分別約為9.35 at.%和2.94 at.%。且經過高溫析出處理，該合金基體相中存在大量平行位錯和亞晶結構。

圖1 Mg-0.69Sn-0.69Y 合金的相組成和形貌結構

對于Mg-0.69Sn-0.69Y合金，初生相中的溶質原子很少，因此基體中對位錯的硬釘扎很少，在整個測試應變范圍內，合金的阻尼值都遠高于0.01。

當應變幅值大于臨界應變(εcr1=2.97×10?5)時，合金的減振性能急劇提高。結合G-L公式，阻尼值隨位錯密度的增加而增加。其次，經過高溫熱處理后，淬火合金中殘留了大量的殘余空位，高的空位密度帶來了位錯脫離空位的高能耗。結果表明，高空位密度和高密度位錯相結合的Mg-0.69Sn-0.69Y合金具有超高的阻尼性能，從εcr1點阻尼值急劇升高。且合金形成的亞晶界是平直的，沿小角度晶界有大量的平行位錯，形成了新的耗能來源。兩點機制結合使Mg-0.69Sn-0.69Y合金顯示了比純鎂更優的阻尼性能。此外，由于固溶析出過程使α-Mg相具有相對較大的晶格常數，結構疏松，空位剝離位錯更加容易，因此帶來較低的εcr1值，使Mg-0.69Sn-0.69Y相對于純鎂顯示更強的應變敏感性。

圖2 (a) Mg-0.69 Sn-0.69 Y 合金亞晶粒的TEM 明場像顯微圖。(b-d)相應的選區電子衍射圖。

圖3 純鎂和鎂合金的減振性能

綜上，Mg-0.69Sn-0.69Y合金具有優良的減振性能，超高的減振能力(高于純鎂的減振能力)和低的臨界應變幅值(對應變幅值高度敏感)，且在較寬的應變范圍內均具有高阻尼值。該合金優良的減振性能歸因于基體的純化和較高的空位密度，以及能有效促進平行位錯產生的平且直的亞晶的存在。在溫度減振試驗中，由于亞晶結構的不穩定性，減振能力隨著溫度的升高而降低。該工作為高強高阻尼鎂合金的設計提供了新的設計思路。

重慶大學材料科學與工程學院袁媛研究員為本文的通訊作者，重慶大學材料科學與工程學院碩士生張倫超為論文第一作者，鎂中心王敬豐教授和潘復生院士為共同作者。本研究得到國家重點研發項目和自然科學基金項目的資助。