镁合金塑性加工中纳米准晶的形成及其对织构随机化的作用机理

以准晶增强的Mg-Zn-Gd系合金为对象，充分利用该合金塑性加工中析出的纳米准晶既具有显著强韧化效果，又可弱化织构，大幅度改善塑性加工变形能力的优点，开展纳米准晶形成机制、对织构随机化的作用机理及其强韧化效应等科学问题的研究，以便掌握和控制纳米准晶增强的变形镁合金优异的性能。首先采用形变热处理手段制备纳米准晶增强的镁合金，弄清合金在固溶、塑性加工及时效耦合作用过程中纳米准晶的析出行为，探明其形成机制，掌握其调控手段；采用原位EBSD技术研究合金热变形过程中的再结晶行为(孪生促进形核、连续动态再结晶、准晶粒子促进形核)及织构演变规律，阐明纳米准晶对织构随机化的作用机理;研究纳米准晶与基体界面结构，分析纳米准晶与位错的交互作用，揭示纳米准晶的强韧化效应与机制。研究成果对全面认识准晶增强镁合金独特的塑性加工变形行为，有效控制变形镁合金的组织和性能，推动高强韧变形镁合金的研究和应用具有重要意义。

本项目以准晶增强的Mg-Zn-Gd 系合金为对象，充分利用该合金塑性加工中析出的纳米准晶既具有强韧化效果，又可弱化织构，大幅度改善塑性加工变形能力的优点，开展纳米准晶形成机制、对织构随机化的作用机理及其强韧化效应等科学问题的研究，以便掌握和控制纳米准晶增强的变形镁合金优异的性能。本项目研究中首先采用形变热处理手段制备纳米准晶增强的镁合金，研究了合金在固溶、塑性加工及时效耦合作用过程中纳米准晶析出行为，揭示了纳米准晶形成机制与调控手段；然后采用EBSD 技术及XRD衍射宏观织构分析手段研究了合金热变形过程中的再结晶行为及织构演变规律，阐明了纳米准晶对织构随机化的作用机理；同时，采用TEM系统研究了纳米准晶与基体界面结构，分析了纳米准晶与位错的交互作用，探讨了纳米准晶的强韧化效应与机制。最终实现了纳米准晶增强的变形镁合金的高强度和高塑韧性的匹配（抗拉强度可达400MPa、室温塑性达到20%，200℃时表现出超塑性）。织构强度因二十面体纳米准晶存在而显著弱化、分布随机化，大幅度降低了常规变形镁合金严重的拉-压不对称性(从常规变形镁合金AZ31的56%减少到18%)。解决了由于拉-压不对称性明显而造成的镁合金型材和管材弯曲（外侧受拉、内侧受压）加工易破裂失效问题。成功制备出要求高塑性的丝材和要求拉压不对称性低的可弯曲医用镁合金接骨板，显示出了良好的应用前景，相关成果已申请两项专利。.项目成果共发表SCI论文14篇（其中9篇影响因子IF>2.0，4篇IF>3.0，发表在包括Scripta Mater、Materials & Design、J. Alloys and Compounds、Mater Sci & Eng A、Metall & Mater Trans A等国际知名材料研究期刊上，申请专利2项，参加3次国际学术会议和1次国内学术会议。其中2014年在新西兰举行的The 11th Asia-Pacific Conference on Materials Processing (APCMP)国际学术会议上，项目负责人被邀请做纳米准晶增强增韧镁合金的大会Keynote主旨报告，在2015年韩国举行的第十届国际镁合金材料及其应用大会上，又被邀请做口头报告。相关研究得到了国内外同行高度评价，产生了国际影响力。总之，本课题圆满完成了项目任务书各项研究内容，全面实现了预定研究目标。