2025年02月20日
在寻求可持续高性能材料的过程中，镁合金因其重量轻、比强度高而成为一种很有潜力的候选材料。然而，长期以来，镁的位错和孪晶界之间复杂的相互作用给期望优化这些合金的研究人员带来了挑战。
近日，来自西交利物浦大学和南京工业大学的科研人员在《镁合金学报》（Journal of Magnesium and Alloys）上发表了一项研究，揭示了除了昂贵的稀土元素之外，铝这种常规元素经过适当的热处理方法，也能够有效提高镁合金的性能。
开发这样的镁合金不仅能够降低成本，而且有利于生态环境，因为少量使用或不使用稀土元素的合金可以更加环保。
这项研究将可能对材料科学领域及其他领域产生重大影响，并激励研究人员探索使用更多易于获得的元素来改进镁合金。
（位错与孪晶界的相互作用过程）
更坚韧的镁合金
论文的第一作者、西浦设计学院土木工程专业的博士生刘浪表示，这一发现挑战了之前被认为不太可能的假设，为增强镁合金的性能开辟了新的途径。
“在材料科学中，位错是指材料晶体结构中的微小缺陷或不规则结构，会影响材料在弯曲、拉伸或其他变形时的行为。
“当铝原子聚集在镁合金的某些位点上时——这些点被称为共格孪晶界——它们有助于产生被称为‘非基面位错’的特殊类型的缺陷，这些缺陷在增强材料的弯曲、拉伸和承受力而不断裂的能力方面起着至关重要的作用。
“有趣的是，这些富铝区域将孪晶界锁定在原位，从而使非基面位错得以形成。
“此外，这项研究还证明，以前认为在镁合金中不可能发生的一种位错运动，在某些条件下也可能发生。”他解释道。
（对孪晶位错的能量计算）
挑战“不可能”的想法
对研究人员来说，该研究最大的启示是质疑既定想法的重要性。
刘浪认为：“即使有些东西被别人认为是不可能的，我们也应该保持开放的心态，探索它在特殊条件下是否可行。”
对他来说，另一个收获是从负面评论中提取有用的见解。
“在调查过程中，我的一个发现遭到了一位权威专家的质疑和坚决否定。按照这位专家的思路，我做了进一步的研究，并将研究结果纳入了最终的论文中。
“这篇论文的发表，证明了在追求科学知识的过程中坚持不懈、虚心求教的力量。”他说。
对材料科学的热情
刘浪说，开展这项研究背后的动力源于对材料科学的热情和解决复杂问题的决心。
“镁是一种密排六方结构，它在不同方向上的表现不同。因此，在理解其位错、对称晶界及其相互作用方面，有着独特的挑战。
“这种复杂性需要三维视角，这对研究人员来说是一个巨大的吸引力。”
研究团队计划继续探索这一课题，并确定了几个潜在的进一步研究方向。目前的研究侧重于简单的平面场景，因此，下一步他们将探索三维模型。
此外，真实材料中的原子会随时间而进行移动，但目前的模拟研究没有考虑到这一点。
“通过修改模拟代码，将原子扩散的行为纳入其中，我们可以使研究更加全面，并揭示现实条件下镁合金行为的新见解。”刘浪补充说。
该论文题为《铝偏析对镁中{10-12}孪晶界位错演变的影响：原子模拟研究》，可点击此处在线查阅。
（记者：钱懿 图片提供：刘浪）
2025年02月20日