Scientific Reports：镁稀土合金抗蠕变机制有了新进展

较低的蠕变性能限制了镁合金作为需要在高温条件下服役的汽车零部件的广泛应用。添加少量稀土元素形成镁合金固溶体可以明显的改善其高温蠕变性能。但传统的固溶强化理论不足以解释少量稀土元素添加所带来的蠕变性能强化效果。

轻合金精密成型国家工程研究中心董杰教授团队通过TEM与原子分辨率的HAADF-STEM表征技术，对挤压态Mg-0.5Ce和Mg-2Gd合金在200℃下的蠕变性能及蠕变机理进行深入的研究发现，稀土原子除了与位错发生弹性交互作用带来固溶强化以外，还可以在位错附近偏聚，钉扎位错，从而改善镁合金的高温抗蠕变性能。为了排除屈服强度对蠕变性能的影响，两种合金在蠕变过程的施加应力具有与其屈服强度相比相似的比率。在200℃下，蠕变机制从Mg-0.5Ce合金的位错滑移与攀移转变为了Mg-2Gd合金的溶质原子拖拽的位错滑移。 HAADF-STEM结果表明，由于较低的固溶度和较快的扩散速率，几乎没有Ce原子留在挤压态Mg-0.5Ce合金的镁基体中，使得在蠕变过程中，Ce原子与位错的交互作用较弱，表现出与纯镁类似的蠕变机制。但对Mg-2Gd合金稳态蠕变阶段的微观组织表征发现，Gd原子可以一方面在单根位错和六方形位错网格附近偏聚，阻碍位错运动，另一方面，以位错为形核点，发生动态析出来强化镁合金。从而使得Mg-2Gd合金相较于Mg-0.5Ce合金而言表现出更优异的抗蠕变性能。

相关成果以“The Role of Dislocation-solute Interactions on the Creep Behaviour of Binary Mg-RE Alloys”为题发表在Scientific Reports 期刊。原文章链接https://www.nature.com/articles/s41598-021-82517-5。 论文第一作者为博士生李靖，通讯作者为靳丽教授。该研究得到了国家重点研究计划和国家自然科学基金的资助。

图1. Mg-0.5Ce合金(a-d)和Mg-2Gd合金(e-h)的蠕变性能测量

 图2. Mg-0.5Ce合金(a-b)和Mg-2Gd合金(c-f)稳态蠕变阶段的位错表征

 图3. Mg-0.5Ce合金(a)和Mg-2Gd合金(b-f)稳态蠕变阶段溶质原子-位错交互行为表征

来源：上海交大 撰稿:李靖