近日，上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心吳國華教授團隊在鎂鋰合金時效機制方面取得重要研究進展，研究成果以“Origin of the age-hardening and age-softening response in Mg-Li-Zn based alloys”為題，發表在國際金屬材料領域頂級學術期刊《Acta Materialia》上，該論文也是《Acta Materialia》上發表的第一篇關於鎂鋰合金時效機制的論文。冀浩博士為該文第一作者，吳國華教授和劉文才副研究員為該文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金和裝備預研航天科技聯合基金等專案資助。
鎂鋰合金具有低密度、高的比剛度和比強度、良好的電磁遮蔽和減震效能等優點，可廣泛用於航空航天和電子等領域，作為結構/功能件取代部分鋁合金和普通鎂合金，起到進一步結構減重的作用。不過，受限於鎂鋰合金時效軟化等瓶頸問題，目前鎂鋰合金的應用仍十分有限。Mg-Li-Zn基合金是近年來開發的具有較好綜合力學效能和應用前景的鎂鋰合金體系。但目前對於Mg-Li-Zn基合金析出相結構的表徵、時效過程中的相轉變規律及其對力學效能的影響尚不清晰。因此，深入研究 Mg-Li-Zn基合金的時效析出行為，揭示其時效硬化和軟化微觀機制，可以為高效能鎂鋰合金的設計和推廣應用提供理論基礎。
在該研究中，吳國華教授團隊系統研究了不同狀態 Mg-10Li(-Zn)(-Er)合金的時效行為，藉助原子解析度HAADF-STEM技術等多種表徵手段和第一性原理計算，發現了Mg-10Li-5Zn合金時效硬化和軟化主要與(Mg, Li)3Zn相演變有關，構建了(Mg, Li)3Zn相的晶體結構模型並探明瞭其在時效過程中形貌和成分的演變規律，提出了Mg-Li-Zn 基合金中基於(Mg, Li)3Zn相轉變的新型時效機制，發現Er元素新增可以阻礙低溫時效時(Mg, Li)3Zn相演變從而提高了Mg-Li-Zn基合金的低溫時效穩定性。該研究提出的Mg-Li-Zn基合金中基於(Mg, Li)3Zn相轉變的新型時效機制為深入分析鎂鋰合金的時效行為和熱穩定鎂鋰合金設計提供了理論基礎。
近年來，在丁文江院士的大力支援下，吳國華教授團隊在鎂鋰合金材料開發和強韌化機理方面取得了一系列研究成果，成功開發了Mg-Li-Zn-Er和Mg-Li-Al-Zn-Y兩個系列的鎂鋰合金材料，深入研究了其加工工藝、強韌化和時效機制，有望在航空航天和電子產品等領域獲得廣泛應用，顯著節約能源，為助力實現我國碳達峰碳中和目標提供有力支撐。
圖1 淬火態和不同時效態Mg-10Li-(Zn)(-Er)合金的室溫拉伸效能：(a-c) 淬火態和50 ℃時效不同時間；(d) 150 ℃時效16 h
圖2 析出相分析：
(a) 入射電子束沿[100]軸的析出相HAADF-STEM像；(b) 圖a中沿A線和B線的強度分佈情況；(c) (Mg, Li)3Zn相單胞及其沿[100]、[110]和[111]軸的晶體結構模型圖；(d) 入射電子束沿[110]軸的析出相HAADF-STEM像；(e) 圖d中沿C線的強度分佈情況
圖3 (Mg, Li)3Zn相在時效過程中的形貌和成分演變示意圖
