劇烈塑性變形（SPD）制備超細晶，可以獲得超高強鎂合金。近日，南京工業大學信運昌教授等在Nature Communications上發文，提出了利用多道次三向壓縮技術制備孿晶組織，通過對壓縮路徑及道次應變的獨特設計，利用12道次低應變和高應變循環交替壓縮，在AZ80鎂合金中成功地制備出平均片層厚度約為200nm的高密度孿晶組織，使平均晶粒尺寸從初始材料的33mm左右細化至300nm左右，抗拉強度高達469MPa，是該合金已報道的抗拉強度中最高的。利用高密度超細孿晶組織細化晶粒，不僅避免了非平衡晶界對耐腐蝕性能的不利影響，而且改變了β-Mg17Al12相的形貌及分布。β-Mg17Al12析出相呈顆粒狀，細小且均勻分布，從而降低微電偶腐蝕傾向，抑制局部腐蝕的發生，將腐蝕速率降低一個數量級。

鎂合金較低的強度及耐腐蝕性能極大地限制其在工程中的應用。通過劇烈塑性變形（SPD）制備超細晶，可以獲得超高強鎂合金。但具有密排六方結構鎂合金較差的冷變形能力使得許多SPD工藝無法應用于鎂合金，傳統的熱加工又容易造成晶粒長大，難以獲得超細晶組織。

更為嚴重的是，傳統SPD制備的超細晶主要依賴于高密度位錯形成非平衡晶界細化晶粒，非平衡晶界能量高，會顯著降低鎂合金的耐腐蝕性能。

此外，目前采用傳統SPD制備的超細晶鎂合金樣品尺寸小，難以在工程中獲得應用。發展高耐蝕超細晶組織的工程化制備技術是目前一個重要的挑戰。

孿晶組織可用于細化晶粒，提高強度，且孿晶界的能量低，不會對鎂合金耐腐蝕性能造成顯著影響。然而，鎂合金中最易啟動的拉伸孿晶界面在應力作用下易長大、合并，目前加工方法制備的孿晶片層厚，數量少，細晶強化效果有限。因此，高密度超細孿晶組織的制備是亟需解決的關鍵問題。

高密度孿晶組織的微觀結構（UFT-4樣品）

析出相的微觀結構

電化學腐蝕特性及腐蝕機理

腐蝕形貌

該研究提出了利用特有的多道次交叉壓縮工藝，解決了利用傳統的工程化技術制備高密超細孿晶組織的難題，制備出平均片層厚度為200nm的高密度超細孿晶組織，使平均晶粒尺寸細化至300nm；以及實現了力學性能與耐腐蝕性能的協同提升，其抗拉強度高達469MPa，腐蝕速率降低一個數量級。這項工作所提出的變形技術可為高強高耐蝕鎂合金的工程化制備以及商業化應用提供重要的指導。

參考文獻：Yan, C., Xin, Y., Chen, XB. et al. Evading strength-corrosion tradeoff in Mg alloys via dense ultrafine twins. Nature Communications 12, 4616 (2021).

文獻網址：https://doi.org/10.1038/s41467-021-24939-3