综述：含稀土元素的镁合金：研究趋势、应用及未来展望

《Journal of Magnesium and Alloys》：Magnesium alloys with rare-earth elements: Research trends applications, and future prospect

这篇综述系统总结了稀土(RE)元素对镁合金(MAs)性能的调控机制，重点阐述了RE通过固溶强化、沉淀硬化和晶粒细化等机制提升合金力学性能、耐腐蚀性和高温稳定性的作用，并详述了其在汽车、航空航天、生物医疗等领域的创新应用，为开发高性能功能材料提供了重要参考。

　　

含稀土元素的镁合金因其独特的性能优势成为材料科学领域的研究热点。镁作为最轻的结构金属（密度1.74 g/cm³），其合金化过程中加入钆(Gd)、钇(Y)、钕(Nd)等稀土元素可显著改善材料性能。

历史发展与重要性

镁合金的发展经历了从早期Mg-Al-Zn体系到现代含RE合金的演变。稀土元素的加入使合金在200°C高温下仍保持优异性能，如WE43合金的屈服强度(YS)达205 MPa。稀土通过形成Mg₁₂RE等金属间化合物，有效抑制晶界滑移，提升蠕变抗力。

微观结构调控机制

稀土元素在镁基体中存在四种强化机制：

1. 1.

   固溶强化：RE原子引起晶格畸变，阻碍位错运动

2. 2.

   沉淀硬化：时效过程中形成纳米级β'相(Mg₅Gd)

3. 3.

   晶粒细化：RE偏聚抑制枝晶生长，获得5μm以下等轴晶

4. 4.

   长周期堆垛有序相(LPSO)：如18R结构可协调塑性变形

塑性变形行为

RE元素通过降低非基面滑移的临界分切应力(CRSS)，激活锥面位错。Mg-3Y合金中非基面滑移占比达31%，远高于AZ31合金的7%。分子动力学模拟显示，Y添加使基面-棱柱面交滑移能垒降低50%。

高温性能突破

Al₂Y相(熔点1758K)可替代传统Mg₁₇Al₁₂相，使AZ91-RE合金在200°C下强度提升40%。Mg-Gd系合金通过γ″相强化，热导率保持在23 W/(m·K)以上。

生物医学应用

含2wt.%Y的WZ21合金在体内呈现线性降解，12周内仅损失15%体积，显著优于传统ZX50合金。RE元素通过形成Sc₂O₃保护膜，将血管支架的再狭窄率降低至5%以下。在骨科领域，RE镁螺钉的骨整合速度比钛合金快30%，且无需二次取出手术。

未来挑战

需解决RE元素偏析导致的组织不均匀性，开发低成本混合RE配方，并建立完整的合金回收体系。通过计算材料学指导成分设计，结合增材制造技术，有望实现新一代高性能镁合金的突破性发展。