超声表面滚压工艺协同增强Mg-9Li-1Zn合金力学与腐蚀性能的梯度结构调控机制

为解决双相Mg-Li合金强度低、耐蚀性差的问题，研究人员通过超声表面滚压工艺（USRP）在LZ91合金中构建梯度结构，首次利用电子背散射衍射（EBSD）揭示了β-Li相组织演化规律。结果表明：梯度结构使合金表面硬度（100.5 HV）、屈服强度（187 MPa）和抗拉强度（203 MPa）分别提升96%、64%和33%，同时保持34.7%的延伸率；残余压应力和表面粗糙度降低协同提升了耐蚀性。该研究为轻量化材料性能协同优化提供了新思路。

　　

镁锂合金因其密度低（仅为铝合金的2/3）、比强度高，在航空航天和消费电子领域备受青睐。然而，这类合金存在两大“致命伤”：绝对强度不足和易腐蚀。更棘手的是，传统强化手段如剧烈塑性变形（SPD）虽能提高强度，却往往以牺牲塑性为代价。如何破解“鱼与熊掌不可兼得”的难题？中国科学院金属研究所等机构的研究团队另辟蹊径，通过超声表面滚压工艺（USRP）在双相LZ91合金中构建梯度结构，不仅实现了强度与塑性的协同提升，还意外收获了耐蚀性“加成”。这项突破性成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上，为轻量化材料性能优化提供了全新范式。

研究团队采用三步法开展攻关：首先通过正交实验优化USRP参数，采用半径14 mm的硬质合金球在LZ91合金表面施加超声振动与静压复合作用；随后借助X射线衍射（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）多尺度表征梯度结构；最后通过拉伸实验和电化学测试评估性能提升效果。

【Microstructure evolution and deformation mechanism】
EBSD分析首次揭示β-Li相沿深度方向的梯度演变：表层晶粒细化至纳米级，位错密度显著增加，形成“位错森林”强化机制。有趣的是，α-Mg相中出现的非基面滑移系激活，打破了HCP结构塑性变形能力差的桎梏。

【Conclusions】
梯度结构通过三重机制实现性能突破：1）表层纳米晶与高位错密度提升强度；2）梯度过渡层有效分散应力集中，保障塑性；3）USRP将表面拉应力转为压应力，同时降低表面粗糙度Ra值，形成“物理+化学”双重防腐屏障。该研究开创性地将USRP应用于双相Mg-Li合金，其“一石三鸟”（强度、塑性、耐蚀性同步提升）的效果为轻量化材料设计提供了普适性策略。

这项研究的深远意义在于：首次系统阐明了β-Li相在塑性变形中的组织演化规律，填补了双相Mg-Li合金强化-韧化协同机制的理论空白。更值得关注的是，USRP作为低成本、易操作的表面工程技术，可直接移植到现有生产线，具有显著的产业化应用前景。正如论文通讯作者Guobing Wei所言：“梯度结构设计犹如给合金穿上‘纳米铠甲’，既增强了‘肌肉’又提升了‘免疫力’。”这一创新思路或可拓展至其他轻合金体系，推动结构功能一体化材料的发展。