近日，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心吴国华教授团队在镁锂合金时效机制方面取得重要研究进展，研究成果以“Origin of the age-hardening and age-softening response in Mg-Li-Znbased alloys”为题，发表在国际金属材料领域顶级学术期刊《Acta Materialia》上 (原文链接为https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645422000593)，该论文也是《Acta Materialia》上发表的第一篇关于镁锂合金时效机制的论文。冀浩博士为该文第一作者，吴国华教授和刘文才副研究员为该文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和装备预研航天科技联合基金等项目资助。


镁锂合金具有低密度、高的比刚度和比强度、良好的电磁屏蔽和减震性能等优点，可广泛用于航空航天和电子等领域，作为结构/功能件取代部分铝合金和普通镁合金，起到进一步结构减重的作用。不过，受限于镁锂合金时效软化等瓶颈问题，目前镁锂合金的应用仍十分有限。Mg-Li-Zn基合金是近年来开发的具有较好综合力学性能和应用前景的镁锂合金体系。但目前对于Mg-Li-Zn基合金析出相结构的表征、时效过程中的相转变规律及其对力学性能的影响尚不清晰。因此，深入研究Mg-Li-Zn基合金的时效析出行为，揭示其时效硬化和软化微观机制，可以为高性能镁锂合金的设计和推广应用提供理论基础。

图1淬火态和不同时效态Mg-10Li-(Zn)(-Er)合金的室温拉伸性能：(a-c) 淬火态和50 ℃时效不同时间；(d)150 ℃时效16 h

图2 析出相分析：(a) 入射电子束沿[100]轴的析出相HAADF-STEM像；(b) 图a中沿A线和B线的强度分布情况；(c) (Mg, Li)3Zn相单胞及其沿[100]、[110]和[111]轴的晶体结构模型图；(d) 入射电子束沿[110]轴的析出相HAADF-STEM像；(e) 图d中沿C线的强度分布情况

图3 (Mg, Li)3Zn相在时效过程中的形貌和成分演变示意图
在该研究中，吴国华教授团队系统研究了不同状态Mg-10Li(-Zn)(-Er)合金的时效行为，借助原子分辨率HAADF-STEM技术等多种表征手段和第一性原理计算，发现了Mg-10Li-5Zn合金时效硬化和软化主要与(Mg, Li)3Zn相演变有关，构建了(Mg,Li)3Zn相的晶体结构模型并探明了其在时效过程中形貌和成分的演变规律，提出了Mg-Li-Zn基合金中基于(Mg, Li)3Zn相转变的新型时效机制，发现Er元素添加可以阻碍低温时效时(Mg, Li)3Zn相演变从而提高了Mg-Li-Zn基合金的低温时效稳定性。该研究提出的Mg-Li-Zn基合金中基于(Mg, Li)3Zn相转变的新型时效机制为深入分析镁锂合金的时效行为和热稳定镁锂合金设计提供了理论基础。
近年来，在丁文江院士的大力支持下，吴国华教授团队在镁锂合金材料开发和强韧化机理方面取得了一系列研究成果，成功开发了Mg-Li-Zn-Er和Mg-Li-Al-Zn-Y两个系列的镁锂合金材料，深入研究了其加工工艺、强韧化和时效机制，有望在航空航天和电子产品等领域获得广泛应用，显著节约能源，为助力实现我国碳达峰碳中和目标提供有力支撑。