Ti-38Al-15Nb-0.1B合金中ω相的缩进特性及微柱压缩性能

《Journal of Alloys and Compounds》：Indentation and micropillar compression properties of ω o phase in the Ti-38Al-15Nb-0.1B alloy

Mg-4Al-3Ce-4Zn合金通过Zn添加调控Al-Ce-Zn相形貌与分布，显著提升塑性（11.3%）与强度（235 MPa），其机制包括多滑移系激活促进变形协调，Al?CeZn?层状相阻碍位错并承载变形，Al??Ce?团簇相增强裂纹阻碍。

　　
本文针对Mg-4Al-3Ce-Zn合金体系开展系统性研究，重点探讨锌元素对合金微观组织演变及室温力学性能的影响机制。研究团队通过真空感应熔炼制备了Zn含量从0到6%的四组合金样品，结合金相观察、电子背散射衍射（EBSD）分析和室温拉伸试验，揭示了锌元素调控Al-RE相分布及增强塑性协调能力的科学规律。

在材料制备方面，采用高纯度原料（纯度≥99.99%）并通过300℃预干燥消除水分，确保合金成分精确性。真空熔炼工艺有效规避了常规铸造过程中易产生的气孔、缩松等缺陷，为后续组织调控提供了基础保障。

微观组织分析表明，随着锌含量增加（0→6%），合金中的Al-RE相呈现显著演变特征。Zn0和Zn2合金存在大量连续网状Al??Ce?相，而Zn4和Zn6合金中该相被层状Al?CeZn?相替代，并形成弥散分布的团簇状Al??Ce?相。这种相结构转变不仅减少了脆性相的连续分布，更通过层状Al?CeZn?相构建了多尺度阻碍体系——纳米级Al?CeZn?相有效截断位错运动，同时其层状结构为位错提供了可滑移的界面通道，这种"动态阻碍-协调变形"机制显著提升了合金的均匀变形能力。

力学性能测试显示，Zn4合金达到最佳综合性能：抗拉强度235MPa，延伸率11.3%。其变形机制呈现双重激活特征：一方面通过激活棱柱面和金字塔滑移系统协调变形，另一方面利用孪生变形缓解应力集中。这种多滑移系与孪生变形的协同作用，使合金在宏观变形过程中实现了良好的应变协调能力，有效避免了局部颈缩现象。

研究团队深入揭示了锌元素的作用机制：在微观层面，Zn通过形成Al?CeZn?复合相改变稀土元素的偏聚行为，促使原本连续分布的Al??Ce?相转变为离散的团簇结构。这种转变使相间距增大，相界面曲率半径降低，从而提升相阻碍位错的效率。在宏观层面，Zn添加细化了晶粒尺寸（从初始的80-120μm降至30-50μm），晶界曲率半径减小使晶界迁移率降低，抑制了动态再结晶引起的晶粒粗化。

值得注意的是，Zn含量超过4%后出现相分离现象，导致Al?CeZn?相尺寸增大并出现团聚倾向。这表明锌的添加存在最佳临界值，研究团队通过正交试验法确定该临界值为4%，此时合金同时具备高强度（＞230MPa）和良好塑性（＞11%）的优异性能。

本研究的创新性体现在三个方面：首先，系统揭示了Zn含量与Al-RE相演变的关系图谱，建立了相结构类型-分布特征-力学性能的定量对应关系；其次，阐明了层状Al?CeZn?相的"双功能"作用机制，既作为位错运动的障碍物，又作为协调变形的通道；最后，提出了"多尺度相分布调控"新策略，为高强高韧Mg合金设计提供了理论依据。研究建议工业应用中优先选择Zn4成分体系，并可通过热处理进一步优化相分布。

该成果对镁合金工业具有重要指导意义：在航空结构件制造中，Zn4合金的延伸率较传统Mg-4Al-3Ce合金提升近200%，同时保持强度基本不变，这为开发新型高强高韧镁合金板材提供了可行路径。研究团队后续计划开展多道次热处理工艺研究，并探索铸造工艺参数对相分布的影响规律。