河南科技大学李全安–稀土镁合金中LPSO相的研究进展

【文献信息】高傲，李全安，陈晓亚，梅婉婉，陈培军，谭劲峰，李向宇. 稀土镁合金中LPSO 相的研究进展 [J]. 中国稀土学报, 2024;42(2):204-215.

Gao A, Li QA, Chen XY, Mei WW, Chen PJ, Tan JF, Li XY. Research Progress of LPSO Phase in Rare Earth Magnesium Alloy [J]. Journal of the Chinese Society of Rare Earths, 2024;42(2):204-215.

前  言

镁合金具有比强度、比刚度高、质量轻、切削性能高等优点，在航空航天、汽车制造及医疗服务等领域有着广泛的应用前景，但其绝对强度低，塑性差，限制了镁合金在一些领域的应用。为了改善镁合金综合性能，研究发现在镁合金中按一定比例加入稀土元素与过渡族元素后，会出现一种长周期有序堆垛结构（Long Period Stacking Ordered，简称LPSO相），LPSO相具有高硬度、高抗蠕变性能、高弹性模量等优点，能够同时改善合金的强度和塑性，因此，LPSO相引起了广大研究人员的关注。本文综述了稀土镁合金中LPSO相的研究进展，全面分析了LPSO相的类型及原子排布，讨论了LPSO相的形成机理和规律，以及LPSO相对合金性能的影响机理，评述了通过第一性原理对LPSO相晶体结构、弹性模量和LPSO相与层错能间关系的研究，最后对含LPSO相稀土镁合金的未来发展做出展望。

Magnesium alloy has many advantages, such as high specific strength, high specific stiffness, light weight, high machinability, etc. It has a wide application prospect in aerospace, automobile manufacturing and medical services, but its low absolute strength and poor plasticity limit its application in some fields. In order to improve the comprehensive properties of magnesium alloys, it is found that after adding rare earth elements and transition group elements in a certain proportion, a Long Period Stacking Ordered structure (LPSO phase for short) will appear. LPSO phase has the advantages of high hardness, high creep resistance and high elastic modulus, which can simultaneously improve the strength and plasticity of the alloys. Therefore, LPSO phase has attracted the attention of researchers. In this paper, the research progress of LPSO phase in rare earth magnesium alloys is reviewed, the types and atomic arrangement of LPSO phase are comprehensively analyzed, the formation mechanism and law of LPSO phase and the influence mechanism of LPSO phase on alloy properties are discussed, and the first-principles research on the crystal structure, elastic modulus and the relationship between LPSO phase and stacking fault energy of LPSO phase is reviewed. Finally, we prospecte the future development of rare earth magnesium alloys containing LPSO phase.

图文摘要

本篇综述介绍了镁合金中LPSO相的微观表征及数值模拟，包括(A) 经傅里叶变换后的14H和18R型LPSO相的HAADF图像；(B) Mg98Cu1Y1合金镁基晶界上的非晶层与LPSO晶体接触处的HAADF图像；(C) 18R型LPSO相的原子排列模型；(D) Mg142Zn12Y16中LPSO相的三维晶体结构图。

主要内容

本文详细综述了稀土镁合金中LPSO相的原子排布、形成机理、对合金整体的影响以及第一性原理在LPSO研究中的应用，并对LPSO相对稀土镁合金性能的改善进行了总结与展望。

稀土镁合金中LPSO相的研究对镁合金性能的改善至关重要，目前将实验与计算相结合，对LPSO相有了一个相对成熟的认知，并能够通过改变合金元素种类、含量及优化加工变形工艺获得不同的LPSO相，通过对其原子排布的微观表征及各项性能的模拟分析，已经对6H、14H及18R型LPSO相有了充分的认识并能将其合理地应用到实际中，但对于一些难以观察研究的10H、24R型LPSO相的晶体结构及原子排布等并没有充分的认知，所以对于10H、24R型LPSO相及其与其它类型LPSO相之间的转化和相互作用机制需要进一步研究。

通过LPSO相改善镁合金力学性能一直是研究者追求的目标，以往的研究大多是研究不同类型LPSO相对合金力学性能的影响，但对于LPSO相与基体的体积分数比例对合金性能的影响研究甚少，并且LPSO相与其它相之间的相互作用机制也尚未明白。因此，LPSO相与基体间的体积分数比例及其与第二相的相互作用对合金性能的影响机理仍需进一步研究。

来源:中国稀土学报