近期，鎂合金領(lǐng)域的權(quán)威期刊《Journal of Magnesium and Alloys》在線發(fā)表了一篇題為“Exploring low-alloyed as-extruded Mg alloy with high strength and high corrosion resistance”的研究成果，通訊作者為哈爾濱工程大學(xué)張景懷教授、劉淑娟副教授和中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所邱鑫研究員。研究以整體合金含量＜3%的低合金鎂合金Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn為研究對象，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度與高耐蝕性的統(tǒng)一，降低了傳統(tǒng)優(yōu)化路徑中對稀有元素的依賴。

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https://doi.org/10.1016/j.jma.2025.06.002

該研究以常規(guī)鑄造+熱擠壓工藝制備出Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn擠壓態(tài)合金，其屈服強(qiáng)度達(dá)402MPa、延伸率5.1%、腐蝕速率0.56mm/year。其高強(qiáng)度來源于細(xì)晶、強(qiáng)織構(gòu)、位錯(cuò)以及納米α-Mn析出相的協(xié)同強(qiáng)化，高耐腐蝕性依靠含CaCO?的非晶特征致密腐蝕膜，證實(shí)了通過調(diào)控基體與腐蝕膜微觀結(jié)構(gòu)可規(guī)避強(qiáng)度-耐蝕性權(quán)衡的問題。

團(tuán)隊(duì)采用純Mg、純Zn、Mg-24sm、Mg-30Ca和Mg-1.4Mn中間合金，在惰性氣氛保護(hù)下，于電阻爐中制備Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn合金鑄錠。將鑄錠置于在275℃下預(yù)熱2h后以10:1的擠壓比與0.1mm·s-1的速度擠壓成型。利用SEM/EDS、EBSD分析晶粒取向、織構(gòu)和動態(tài)再結(jié)晶特征，并通過TEM進(jìn)行顯微組織、納米析出相和腐蝕膜結(jié)構(gòu)的高分辨表征。力學(xué)性能采用沿?cái)D壓方向的單軸拉伸實(shí)驗(yàn)評估屈服強(qiáng)度和延伸率，耐蝕性則通過3.5wt% NaCl溶液中的長期浸泡，同時(shí)通過SKPFM原位測量二次相與基體之間的電位差并進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)合SAED和XPS深入揭示腐蝕膜成分與非晶特征的形成機(jī)制。

EBSD分析表明，合金由1.1μm的細(xì)小動態(tài)再結(jié)晶晶粒和強(qiáng)織構(gòu)未再結(jié)晶晶粒組成，LAGBs及高密度位錯(cuò)共同作用限制了晶粒長大，弱織構(gòu)DRX晶粒與強(qiáng)織構(gòu)未DRX晶粒的協(xié)同，有助于在低合金條件下獲得高的強(qiáng)度。

EBSD分析顯示DRX區(qū)和未DRX區(qū)分布及位錯(cuò)密度

在微/亞微米尺度，存在Mg₃Sm₂Zn₃和Mg₂Ca顆粒刺激形核，在納米尺度，大量均勻彌散的直徑為9.6±1nm，間距45±2nm的α-Mn納米顆粒是主要的沉淀強(qiáng)化源，其Orowan強(qiáng)化貢獻(xiàn)接近80MPa，這一顯著的強(qiáng)化效果在此前的低合金鎂合金中罕有報(bào)道。

TEM/HRTEM顯示α-Mn納米析出相及其取向關(guān)系

SKPFM測得Mg₂Ca為陽極相（-196mV），Mg₃Sm₂Zn₃為陰極相（+132mV）。雖然高活性陽極相Mg₂Ca不利于腐蝕初期快速形成完整的膜結(jié)構(gòu)，但由于其優(yōu)先溶解釋放足夠的Ca²?，促進(jìn)了含CaCO₃的長期致密膜的形成。納米級α-Mn析出物雖然具有較強(qiáng)的陰極性質(zhì)，但其主要起強(qiáng)化作用，因尺寸極小，對初期膜形成的影響不大。

長時(shí)間浸泡（168h）后，形成平均厚度17μm的富Ca/Sm/Mn/Zn的腐蝕膜。HRTEM和SAED表明該膜呈“非晶為主，納晶鑲嵌”結(jié)構(gòu)，顯著減少了離子的擴(kuò)散通道，提高了膜的保護(hù)性.極化曲線與EIS顯示腐蝕膜電阻在72h后穩(wěn)定在4350Ω·cm²，表現(xiàn)出類鈍化狀態(tài)。

TEM/XPS證實(shí)腐蝕膜中CaCO?形成

通過調(diào)控低合金鎂合金的基體組織與腐蝕膜結(jié)構(gòu)，可在保持低合金化、低成本的前提下，實(shí)現(xiàn)高屈服強(qiáng)度和與高純鎂相當(dāng)?shù)哪臀g性，尤其是α-Mn納米析出相提供的高強(qiáng)化貢獻(xiàn)與非晶腐蝕膜的形成，為未來低合金高性能鎂合金設(shè)計(jì)提供了新的思路。