我國學者在金屬鎂塑性變形研究領域取得新進展

　　在國家自然科學基金項目（批準號：51601141，51621063，11504290，11834018）等資助下，西安交通大學單智偉教授團隊和澳大利亞莫納什大學聶建峰教授、美國內華達大學李斌教授等開展合作研究，在金屬鎂的塑性變形理論研究領域取得重要進展，發現錐面位錯可導致亞微米金屬鎂的大塑性變形。研究成果以“Large Plasticity in Magnesium Mediated by Pyramidal Dislocations”（錐面位錯導致金屬鎂大塑性變形）為題，于2019年7月5日在Science（《科學》）上發表，論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/365/6448/73。

　　作為最輕質的金屬結構材料，鎂在航空航天、汽車、高鐵、電子產品和醫療等領域具有廣闊的應用前景。然而，相比于傳統的金屬材料，鎂的塑性較差，型材和零件的變形加工困難，這嚴重制約了鎂作為結構材料的廣泛應用。研究表明，對于鎂及其合金而言,要實現變形加工所必需的穩態塑性流變，需要材料中的基面位錯和錐面位錯協調作用。目前有觀點認為，錐面位錯因其本質上的不穩定，會自發地分解為不可滑移的結構，因而不是有效的塑性載體，因此，塑性差是鎂的本征屬性，提高塑性需要通過添加某些特定的元素來調節錐面位錯的行為。但也有一些學者持截然不同的觀點，他們認為錐面位錯可以成為有效的塑性變形載體，因而只要能促進錐面位錯的形成和滑移，鎂的塑性就可以提高。上述爭議直接影響到下一代高塑性鎂合金的設計思路和技術路線，是一個亟待澄清的科學問題。

　　最近單智偉教授及其合作者采用定量原位透射電鏡納米力學測試，選取合適的加載方向消除其它位錯干擾，設計梯度樣品捕捉和表征單根位錯，通過三維圖像重構和對比力學曲線的方式，證明對亞微米尺度純鎂而言，各種類型錐面位錯（刃、螺、混合型）不僅可以滑移，而且可以導致非常大的塑性變形，其原因應該是高應力促進了錐面位錯的形核和滑移，進而提高塑性。進一步的分析還確定了位錯的滑移面，清晰地觀察到了交滑移、位錯偶極子的形成以及位錯往復運動等此前尚未報道過的重要現象。上述結果表明，塑性差并不是鎂的固有屬性，提高鎂及其合金的塑性，可以通過細化晶粒（將晶粒尺寸縮小至微納米級別）或提高應變速率，也是行之有效的方法。該研究為完善鎂的塑性變形理論提供了重要的實驗依據，并為高塑性鎂合金的研發帶來新的思路。