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鎂合金因比強(qiáng)度高和低密度等特點(diǎn)，在航空航天，汽車工業(yè)、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，其固有的密排六方結(jié)構(gòu)致使其延展性較差，獲得兼具高強(qiáng)度與高塑性的鎂合金成為研究的重要方向。前期研究表明，通過(guò)表面機(jī)械研磨處理（SMAT），在鎂合金表面引入梯度納米結(jié)構(gòu)，能夠改善鎂合金的顯微硬度和耐磨性能，但會(huì)致使塑性的明顯降低。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心大灣區(qū)研究部研究員呂堅(jiān)及其合作者，在先前發(fā)現(xiàn)非晶包裹納米晶的超納雙相鎂合金可實(shí)現(xiàn)近理論強(qiáng)度[Nature 545, 80-83 (2017)]的基礎(chǔ)上，以AZ31合金為研究對(duì)象，使用SMAT在鎂合金表面得到梯度納米晶，通過(guò)磁控濺射在合金表面沉積Mg基雙相金屬玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca），將納米雙相金屬玻璃與梯度納米晶結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出全新多級(jí)結(jié)構(gòu)鎂合金。研究表明，該合金屈服強(qiáng)度較原合金提升31%，達(dá)到230MPa，與SMAT鎂合金強(qiáng)度相當(dāng)；同時(shí)，該合金的延伸率較SMAT鎂合金提升3倍，達(dá)到20%，恢復(fù)至未SMAT（粗晶）水平，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與高塑性的結(jié)合。此外，多級(jí)納米結(jié)構(gòu)鎂合金的優(yōu)異力學(xué)性能包括三種變形機(jī)制：雙相金屬玻璃發(fā)生多重剪切帶與納米晶化、金屬玻璃阻擋納米晶層的裂紋延伸，以及SMAT納米晶層的晶粒長(zhǎng)大。類似的新型納米結(jié)構(gòu)可以得到高強(qiáng)度高塑性銅。這一合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，有望在其他合金體系特別是密排六方結(jié)構(gòu)合金中，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與高延伸性的結(jié)合，指導(dǎo)未來(lái)新材料設(shè)計(jì)。

相關(guān)研究成果以Nano-dual-phase metallic glass film enhances strength and ductility of a gradient nanograined Magnesium alloy為題，發(fā)表在Advanced Science上。

圖1.Mg-Zn-Ca雙相金屬玻璃（NDP-MG）的結(jié)構(gòu)與成分

圖2.納米梯度SMAT鎂合金的結(jié)構(gòu)與機(jī)械性能

圖3.雙相金屬玻璃+SMAT（NDP-MG coated SMAT-H′）鎂合金室溫力學(xué)性能

圖4.NDP-MG變形前與拉伸6%形變后SEM形貌