热轧结合扩散焊制备的异质层状结构镁合金实现强度-塑性协同优化

为解决镁合金强度-塑性难以协同提升的难题，研究人员通过扩散焊（DB）结合热轧（HR）工艺，成功制备了异质层状结构（HLS）Mg合金。实验发现440℃轧制温度下界面形成复合结构，使样品获得314.1 MPa屈服强度、337.2 MPa抗拉强度和10.2%延伸率的优异组合，为优化HLS材料加工参数提供了新思路。

　　

镁合金因其轻量化、高比强度等特性，在能源材料和生物材料领域备受关注。然而，其强度与塑性的"此消彼长"现象（即"香蕉曲线"效应）长期制约工程应用。传统均质结构镁合金往往难以突破这一瓶颈，而异质层状结构（Heterogeneous Lamella-Structured, HLS）材料的出现为解决该问题提供了新思路。这类材料通过软硬区域的交替排布，在变形过程中产生异质变形诱导（HDI）强化效应，但现有制备工艺存在界面冶金结合弱、氧化污染等问题。

安徽高校与中科院团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，创新性地采用扩散焊（Diffusion Bonding, DB）与热轧（Hot Rolling, HR）相结合的DBHR工艺，以AZ31和WE43镁合金为模型材料，系统探究了400-520℃轧制温度对微观结构和力学性能的影响。研究通过电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）等技术，揭示了界面结构与异质变形的内在关联。

设计制备与微观结构
交替堆叠AZ31（0.5 mm）和WE43（0.6 mm）薄片，经DB初步结合后实施HR。DB态样品中AZ31平均晶粒尺寸23.1 μm，WE43为38.5 μm，呈现等轴晶特征，几何必需位错（GND）密度较低。

界面演化机制
440℃轧制时界面形成金属间化合物（IMCs）与基体直接结合的复合结构。这种间歇分布的IMCs既能促进GND积累，又可维持应变连续性。研究发现层间晶粒异质性对轧制温度呈非单调依赖性。

力学性能突破
440℃轧制样品展现出最优综合性能：屈服强度（YS）314.1 MPa、抗拉强度（UTS）337.2 MPa、延伸率（EL）10.2%。相比纯DB样品，DBHR工艺使YS和UTS分别提升23.8%和19.5%，同时保持良好塑性。

该研究首次阐明轧制温度通过调控IMCs分布形态影响HDI强化效应的机制，证实440℃是实现强度-塑性协同最优化的临界温度。所开发的DBHR工艺有效解决了传统轧制界面氧化污染问题，为航空航天用轻量化镁合金的设计提供了理论依据与技术路径。研究获得国家自然科学基金（51901144, 52471132）和福建省杰出青年科学基金（2024J010031）等项目的支持。