熊本大学开发出新型镁合金，依靠“千层酥”结构实现高强度

熊本大学先进镁国际研究中心的河村能人教授等人开发出一种屈服强度为传统通用高强度镁合金1.7倍以上、且具有阻燃性的新型镁合金。河村教授表示：“此次研究发现，即使硬质层分散在整个材料中，也可以发挥扭结强化性能（一种通过弯曲晶体来防止变形的强化方法）。该成果还可以扩展到其他金属材料和陶瓷等领域，因此有望开辟新的学术领域”。

图1 熊本大学先进镁国际研究中心的河村能人教授在记者发布会上介绍这种新型镁合金材料

图2 千层酥结构镁合金的透射电子显微镜照片（供图：熊本大学）

运输设备的轻量化直接关系到能源成本的降低，轻质高强材料非常重要。为此实用金属中最轻的镁备受关注。全球开发高强度镁合金方面的竞争也十分激烈。然而，镁的机械强度低于铝合金且易燃的缺点仍然是一个问题。

2000年代，河村教授等人首次发现了被称为“扭结强化”新概念的材料强化法，这是半个世纪以来有关镁合金的最大发现。然而，可适用于这种扭结强化的合金仅限于具有长周期堆叠结构的KUMADAI耐热镁合金。长周期堆叠结构有约1纳米（4个原子厚）的硬簇阵列层（CAL）和小于1纳米的软镁层周期性堆叠，它具有致密的硬/软纳米层结构。

此次，研究团队经过4年对合金成分和制造工艺等的反复试错和探索，成功制造出了一种在整个材料中稀疏分布CAL，且其平均间距为12纳米的镁合金。研究还表明，即使CAL的平均间距扩展到12倍以上，也会出现扭结强化。与KUMADAI耐热镁合金相比，所开发的镁合金尽管合金添加量减少了一半，但在挤压比6的低加功率条件下仍得到强化，屈服强度高达418MPa，是通用高强度镁合金挤压件的1.7倍以上。点火温度为770°C，还具有阻燃性。

这种软、硬分层结构以“千层酥”命名，被称为“千层酥结构”，此次开发的合金也被命名为“千层酥镁合金”。

河村教授表示：“希望今后加快面向实用化的联合研究的步伐，并扩展到航天航空等高端领域。此外，希望通过实验和计算科学阐明CAL间隔到多大程度还能发挥扭结强化，从而建立扭结强化理论”。

原文：《科学新闻》

翻译：JST客观日本编辑部

【论文信息】

期刊：Journal of Alloys and Compounds

论文：Kink Bands and Strengthening of MillefeuilleStructured Magnesium Alloys by Cluster Arranged Nanoplates (CANaPs): The Case of Mg-0.4Zn-1.0Y Alloy

URL：www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838822049982

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