相关解读大阪大学《Acta》：极高屈服强度！开发有序纳米板镁单晶
导读：含有长周期有序（LPSO）相的Mg-Zn-Y三元合金具有优秀的机器性能，这是从作为强化阶段的LPSO相开始的。Mg99.2 Zn0.2 Y0.6单晶（基体Mg固溶体）的屈服应力与LPSO单相合金的屈服应力险些雷同，这归因于薄的雷同堆垛层错缺陷的形成，称为“ LPSO纳米板”。发觉在Mg99.2Zn0.2Y0.6中，与LPSO相在变形历程中雷同的方法诱导了扭结带的形成，导致了高强度的同时进步了塑性。为了降服与环球变暖相干的题目，对新型轻质布局质料的开辟的需求越来越大。镁合金是办理这些题目的潜伏候选质料。然而，扩大镁合金在很多范畴的应用存在严峻的缺陷，格外是其强度不敷和耐蚀性低。贸易铸造Mg合金在室温下体现出低的拉伸屈服强度(约100-250 MPa)和有限的延性(伸长率:3%-15%)。为了改进这些性能，近来，含有长周期堆垛有序（LPSO）相的Mg合金受到存眷。
已知在Mg-Zn-Y三元合金中会形成LPSO相。在具有Mg 97 Zn 1 Y 2的典范Mg / LPSO两相合金中，LPSO相的身分约为Mg-5at％Zn-7at％Y 。LPSO相中的Y / Zn原子周期性地分散成四个精密堆垛平面的特定层，在这些特定堆垛层中存在面心立方（fcc）聚集缺陷。日本科学家起首报道了一种快速凝集的Mg / LPSO两相合金，其身分为Mg 97 Zn 1 Y 2，此中包罗〜24 vol％的LPSO相，在连结〜5％伸长率的同时体现出〜600 MPa的极高屈服应力。别的，通过更简洁的工艺制造的挤压合金可以得到约400 MPa的高极限抗拉强度。效果评释，LPSO相的塑性变形举动具有很强的各向异性。基体滑移可以在LPSO阶段产生，雷同于Mg，并陪同着低屈服应力。但平行于基面施加应力时，屈服应力较大，与Mg差别；这是因为LPSO布局庞大，不许可形变孪晶的形成
近来，人们发觉，所形成的扭结带有用的停滞位错的活动，有助于增强LPSO相（扭结带增强）。相反，Mg / LPSO两相合金中基体Mg相的机器性能并未受到研究职员的遍及存眷。Mg基体相的构成约为Mg–0.2at％Zn–0.6at％Y。一些研究职员利用单晶研究了Mg–Y和Mg–Zn二元合金的力学性能。但是，到现在为止，Zn和Y的共添加对机器性能的影响尚未引起人们的遍及存眷。
在这项研究中，日本大阪大学KojiHagihara传授团队利用了通过定向凝集制备的单晶来确定协同Zn和Y的添加作用。我们发觉，Mg固溶体的机器性能与纯Mg完全差别，而且与LPSO相的机器性能相似，别的，作者还商议了屈服应力急剧增添的因由。相干研究结果以题“Surprising increase in yield stress of Mg single crystal using long-period stacking ordered nanoplates”颁发在金属顶刊Acta materialia上。论文链接；http://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116797在通过布里奇曼要领生长的Mg 99.2 Zn 0.2 Y 0.6单晶中，平行于基面形成了大量的像堆垛层错的板状缺陷，称为LPSO纳米板。Mg 99.2 Zn 0.2 Y 0.6的屈服应力比纯Mg的屈服应力在很多加载偏向上特别增添，这是因为存在LPSO纳米板而导致基体滑移不起作用的。令人惊奇的是，屈服应力表现出与LPSO单相合金险些雷同的值。
图1。（a）刚生长的定向凝集合金的SEM图像。（b）亮场TEM图像，表现了刚生长的合金的微观布局。（c）对应的HAADF-STEM图像。插图表现了更高放大率的图像。Zn / Y原子沿四个存在fcc型堆垛层错的原子层断绝。（d，e）TEM图表现了因为热处置惩罚引起的微观布局改变：（d）图1（b）中的样品在520°C退火5 h，然后水淬，而（e）图5中的样品。将1（d）在400℃下进一步退火5小时。（f）沿TEM中[0001]测得的依据热处置惩罚的每1μmLPSO纳米板的数目及其均匀厚度的改变。。利用含有高密度LPSO纳米板的生长态单晶，通过压缩测试表征了机器性能。图2（a）表现了在四个加载偏向上屈服（断裂）应力的温度依靠性，屈服应力表现出对取向的猛烈依靠性。在[1 1-2]取向[1.85]，而且在400°C时略微低落至7 MPa。在[01-10]和[11-20]偏向。屈服应力在[11-20]偏向比[01-10]偏向，而且随着温度在两个偏向上的增添而适度低落。在[0001]偏向上测得了> 350 MPa的极高强度，但全部试样均在屈服之前断裂图2。（a）在四个加载偏向上生长的Mg 99.2 Zn 0.2 Y 0.6单晶的屈服应力的温度依靠性。参考文献中报道的纯镁单晶的屈服应力。[32]和在这项研究中测得的效果也以灰色标出，以作比力。（b，c）典范的应力-应变曲线在（b）RT和（c）300°C下在四个差别的载荷偏向上产生了变形。图3 OM图像表现了试样在RT变形时的变形轨迹。
图4 宏观图表现了变形微观布局随温度的改变。所示温度下的加载偏向约为5％的塑性应变。图中示出了观看中的侧面的米勒指数。LPSO纳米片猛烈制止了Mg99.2Zn0.2Y0.6单晶的变形孪晶形成。相反，变形扭结带的形成承载了应变，导致高屈服应力和大的延展性。图5 （a，b）在[11-20]中变形的试样的变形微观布局的晶体取向。（c，d）分别在图5（a）和（b）四周的地区中测得的，相对付基体（未变形地区）的变形带中的晶体扭转角的漫衍。（e）在[01-10]侧面。（f）与图5（e）雷同的地区，但图中的颜色表现沿加载轴的晶体取向，以便区分变形孪晶和变形扭结带的取向颜色。（g）在图5（e）周边的地区中的晶体扭转角的漫衍。图1和2的条形图的颜色。5（c），（d）和（g）表现测得的条带的晶体扭转轴：蓝色：毛病角公役为10°。（h）示出了变形带中的晶体扭转角和晶体扭转轴的界说的表示图。
图6 （a）在[11-20]中变形的试样中引入的变形扭结带的明场TEM图像（b）扭结带的高倍放大图像。（c–f）在图6（b）中所示的A–D点处拍摄的SAED模式综上所述，一定依据微观构造重新思量Mg / LPSO两相合金的强化机理。别的，“ LPSO纳米板强化”技能具有开辟出具有极低Zn和Y含量的新型超高强度Mg合金的庞大潜力。
