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西安交大破解镁金属塑性差之法 为高塑性镁合金开发带来新启发

时间:2019-11-24 17:59:08 出处:大发PK10_大发PK10网投平台_大发PK10投注平台_大发PK10娱乐平台

7月5日,记者了解到,西安交通大学的单智伟教授、澳大利亚蒙纳士大学的聂建峰教授和美国内华达大学雷诺分校的李斌教授(一并通讯作者)等发现,对于晶粒尺寸极小的纯镁,其延展性远高于此前亲戚亲戚朋友预想的水平。

高强轻质的镁合金作为两种经典的形态学 材料在汽车、火车、飞机等交通工具的制造中广泛应用。

然而,镁金属及镁合金的大规模应用受制于其低塑性。这是可能性镁的〈c+a〉位错滑移只有承载大的塑性变形。通常采取掺入其它元素的土法子 提高镁合金的塑性,但两种土法子 成本太高,难以在实际应用中推广。

该工作用原位TEM观察纯镁在塑性变形中的位错滑移机制,发现镁的〈c+a〉锥面滑移系能承载大的塑性变形。当镁晶粒小至亚微米级别时,镁表现出远高于其块体材料的高塑性。

对此,作者提出,小的晶粒尺寸通常意味着大的应力,这能够镁晶体中更多的〈c+a〉滑移系开动,由此产生的塑性变形使镁金属兼具高的效率和塑性。

此外,小晶粒能抑制孪晶变形,而这正是大晶粒材料常见的断裂机制。该机制有望提高镁及一点金属、合金的延展性。

该工作以“Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations”为标题于2019年7月5日发表在国际顶刊Science上。

图一、原位TEM观察柱状镁单晶在压缩应力下沿晶向滑移

图二、横截面为梯形的镁金属样品在位错滑移下的衍射衬度像

图三、原位TEM观测不同样品中的位错滑移

图四、用三维重构模型解释两种类型的锥面滑移机制,从中可见不同塑性变形模式下的滑移面及交叉滑移土法子 。

西交大单智伟教授团队针对镁塑性较差,型材和零件的变形加工困难,工艺成本高,广泛应用受阻等实际,联合重庆大学、西安科技大学、澳大利亚莫纳什大学、美国内华达大学、美国麻省理工学院和约翰霍普金斯大学与内华达大学相关科研人员,采用原位电镜纳米力学测试技术来出理 样品几何形变、微观形态学 演化以及力学曲线三者之间一一对应的问题图片,选者至少的加载方向来消除其它位错的干扰,采用梯度样品设计来出理 捕捉和表征单根位错难的问题图片,运用三维图像重构技术来出理 位错滑移面不易选者的问题图片,并通过对比力学曲线的土法子 排除了电子束的影响。

得益于那些有针对性的实验设计,研究团队以令人信服的结果,证明了最起码对亚微米尺度的纯镁而言,各种类型的锥面位错(刃、螺、混合型)不仅能只有滑移,一点能只有意味着非常大的塑性变形。与块体材料相比,微纳米样品呈现出更高的屈服效率和流变应力。一点,亲戚亲戚朋友推测高应力能够了锥面位错的形核和滑移,进而提高了测试样品的塑性。通过进一步的效率分析,不仅选者了位错的滑移面,一点还清晰地观察到了锥面位错的交滑移、位错偶极子的形成以及位错往复运动等此前尚未报道过的重要问题图片。

作为最轻质的金属形态学 材料,镁在航空航天、汽车、高铁、电子产品和医疗等领域具有广阔的应用前景,该研究为完善镁的塑性变形理论提供了重要的实验数据,并为高塑性镁合金的开发带来新的启发。该成果的推广和应用,有望从整体上实现镁基产品质量和性能的显著提升。

当前主流观点认为,塑性差是镁的本征属性,意味着是镁中的锥面位错(两种晶体严重不足)会自发地分解为不可滑移的形态学 ,无法协调塑性变形。一点,提高塑性还可以 通过加进去去一点特定的元素来调节锥面位错的行为。但还可以 一点学者持不同观点,认为锥面位错是有效的塑性变形载体,假使 可以够锥面位错的形核和滑移,镁的塑性就能只有提高。上述争议直接影响到下一代高塑性镁合金的设计思路和技术路线,因而成为一个多 多急需出理 的科学问题图片!然而,可能性锥面位错的几何形态学 和形态学 非常僵化 ,真难通过实验来全面地解析,此前的研究通常以计算机模拟为主,相关观点和推论均严重不足有力的实验证据。

近年来,西安交通大学单智伟研究团队依托陕西省镁基新材料工程研究中心,开展了一系列富有成效的基础研究、技术攻关和成果转化。2014年,发现了镁中不同于位错和孪晶的室温变形新机制,成果发表于《自然·通讯》,并荣获美国TMS學會镁分会年度最佳基础研究论文奖;系统研究了镁合金中蒸发掉相形貌对孪晶行为的影响,并进而发展了两种判断镁合金强塑性的简单判据,成果发表于《材料科学技术》(封面推荐,2018);发现通过活化氯化氢乙炔气体体,能只有在室温下将镁冠部的氧化层或腐蚀产物转变成两种致密的保护膜层,不仅可显著提升镁及其合金的抗腐蚀性和强韧性,一点大幅提高镁的抗氧化能力,从而发明权人了两种绿色,低成本镁合金涂层新技术,成果发表于《自然·通讯》(2018)并获得国家专利授权;针对原镁冶炼工艺落后、自动化程度差和环境污染严重的现状,提出并证明了那我 还可以 在搞真空条件下进行的原镁生产能只有在常压进行,并与华西能源公司联合攻关,完成了原镁常压生产的工业化装置设计,从而为原镁生产的自动化奠定了坚实的基础;针对原镁杂质种类多、含量高、波动大的痼疾,从原子机理出发,开发出全新的工艺流程,证明了不需精炼就能只有在不显著增加成本的条件下,从料球直接生产出99.99%以上纯度的高纯镁,颠覆了此前领域内普遍认为皮江法(或硅热换还原法)只有直接生产高纯原镁的认知。

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