吕坚课题组：兼具高强度与高塑性的新型多级纳米结构镁合金研究取得新进展

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镁合金由于具有比强度高和低密度等特点，在航空航天，汽车工业、医药化工等领域应用广泛。然而由于其固有的密排六方结构，致使其延展性较差，获得兼具高强度与高塑性的镁合金也成为当前研究的一个重要方向。前期研究结果表明，通过表面机械研磨处理（SMAT），在镁合金表面引入梯度纳米结构，能够显著改善镁合金的显微硬度和耐磨性能，但会导致其塑性的显著降低。

图1. Mg-Zn-Ca双相金属玻璃（NDP-MG）的结构与成分

图2. 纳米梯度SMAT镁合金的结构与机械性能

图3.双相金属玻璃+SMAT（NDP-MG coated SMAT-H′）镁合金室温力学性能

图4. NDP-MG变形前与拉伸6%形变后SEM形貌　　

　　金属所沈阳材料科学国家研究中心大湾区研究部吕坚院士及其合作者，在先前发现非晶包裹纳米晶的超纳双相镁合金可实现近理论强度（Nature 545, 80-83 (2017)）的基础上，以AZ31合金为研究对象，首先使用SMAT在镁合金表面得到梯度纳米晶，再通过磁控溅射在合金表面沉积Mg基双相金属玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca），创新性的将纳米双相金属玻璃与梯度纳米晶结构结合在一起，设计出全新多级结构镁合金。研究结果表明，该合金屈服强度较原合金提升31%，达到230MPa，与SMAT镁合金强度相当；同时该合金的延伸率较SMAT镁合金提升3倍，达到20%，恢复至未SMAT（粗晶）水平，从而实现了高强度与高塑性的有效结合。进一步研究发现，多级纳米结构镁合金的优异力学性能包括三种变形机制，包括：双相金属玻璃发生多重剪切带与纳米晶化，金属玻璃阻挡纳米晶层的裂纹延伸，以及SMAT纳米晶层的晶粒长大。类似的新型纳米结构可以得到高强度高塑性铜。这一合金结构设计理念有望在其他合金体系，特别是密排六方结构合金中，实现高强度与高延伸性的结合，并指导未来新材料设计。
　　相关成果以“Nano-dual-phase metallic glass film enhances strength and ductility of a gradient nanograined Magnesium alloy”为题发表在《Advanced Science》。
　　论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202001480


        文章来源：金属所
        吕坚，法国国家技术科学院院士，香港城市大学机械工程讲座教授, 副校长（研究与科技），周亦卿研究生院院长。研究方向涉及先进结构与功能纳米材料的制备和力学性能，机械系统仿真模拟设计。78年考入北京大学，经由教育部选拔于79年首批获国家奖学金公派赴法国贡比涅技术大学读大学本科, 86年获该校博士学位。93年获巴黎第六大学力学Habilitation文凭。曾任法国机械工业技术中心 (CETIM) 任高级研究工程师和实验室负责人。法国特鲁瓦技术大学机械系统工程系系主任, 法国教育部与法国国家科学中心（CNRS)机械系统与并行工程实验室主任，香港理工大学机械工程系系主任, 讲座教授,兼任香港理工大学工程学院副院长，香港城市大学科学与工程学院院长。曾任法国、欧盟和中国的多项研究项目的负责人,并与空客，EADS，宝钢，安赛乐米塔尔，AREVA, ALSTOM, EDF, ABB，雷诺，标致等世界五百强公司有合作研究关系或为它们进行科学咨询工作。目前,已取得23项欧，美，中专利(含6项PCT拓展专利)，在包括在本领域顶尖杂志Nature(封面文章)，Science, Nature Materials, Materials Today，Advanced Materials, Nature Communications, PRL, Acta Materialia, JMPS等SCI杂志上发表论文340余篇，SCI引用万余次。曾任欧盟第五框架科研计划评审专家;欧盟第六框架科研计划咨询专家；中国国家自然科学基金委海外评审专家，中科院首批海外评审专家, 中科院沈阳金属所客座首席研究员，东北大学，北京科技大学，南昌大学名誉教授, 西安交通大学和西北工业大学顾问教授， 上海交通大学，上海大学，中山大学, 中南大学等大学客座教授, 中科院知名学者团队成员，2011年被法国国家技术科学院（NATF）选为院士，是该院近300 位院士中首位华裔院士.