北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員近日開發(fā)出一種新的技術(shù)，能夠制造出用于商用車車架或汽車面板的高強(qiáng)度鎂合金。鎂合金通過熱軋法實(shí)現(xiàn)晶體層的堆垛層錯現(xiàn)象（stacking faults），產(chǎn)生的效果是鎂合金的屈服強(qiáng)度（yield strength）達(dá)到575兆帕，極限強(qiáng)度（ultimate strength）達(dá)到600兆帕，延展性等級為中（5.2%均勻伸長率）。

納米間距堆積層錯是層狀結(jié)構(gòu)晶格中常見的一種面缺陷，它是晶體結(jié)構(gòu)層正常的周期性重復(fù)堆垛順序在某二層間出現(xiàn)了錯誤，從而導(dǎo)致的沿該層間平面（稱為層錯面）兩側(cè)附近原子的錯誤排布。

由于鎂金屬儲量豐富、密度較低、可鑄性強(qiáng)、循環(huán)利用率高，鎂以及鎂合金在近幾年被逐漸應(yīng)用于汽車面板制造中。然而，鎂合金的強(qiáng)度不足在很大程度上限制了其應(yīng)用，普通鎂合金的拉伸屈服強(qiáng)度為100-250兆帕，平均伸長率為2%-8%。

除了傳統(tǒng)沉淀強(qiáng)化（precipitation control）工藝，增強(qiáng)鎂合金強(qiáng)度主要依靠兩種手段：第一種，晶粒細(xì)化。晶粒細(xì)化就是對凝固的金屬進(jìn)行振動和攪動，一方面依靠從外面輸入能量促使晶核提前形成，另一方面使成長中的枝晶破碎，增加晶核數(shù)目。目前已采取的方法有機(jī)械攪拌、電磁攪拌、音頻振動及超聲波振動等。利用機(jī)械或電磁感應(yīng)法攪動液穴中熔體，增加了熔體與冷凝殼的熱交換，液穴中熔體溫度降低，過冷帶增大，破碎了結(jié)晶前沿的骨架，出現(xiàn)了大量可作為結(jié)晶核的枝晶碎塊，從而使晶粒細(xì)化。通過這種方法，鋁合金的屈服強(qiáng)度將達(dá)到最高600兆帕，并形成均勻分布長期有序結(jié)構(gòu)。

另一種增強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度的方法能夠用來獲得超細(xì)晶粒（直徑小于1微米）。高濃度晶界(GBs)存在于超細(xì)晶粒的微觀結(jié)構(gòu)中形成晶粒原子位移的屏障，限制分子運(yùn)動，從而提高了鎂合金的強(qiáng)度。但此方法對屈服強(qiáng)度的提升作用并不大，往往只能從250兆帕提升到400兆帕左右。此外，雖然位錯滑移（dislocation slip）是提升鋁合金延展性和強(qiáng)度的有效方法，但細(xì)化晶粒會抑制形變雙晶（deformation twinning）的原有屬性，導(dǎo)致超細(xì)化晶粒在低溫環(huán)境下強(qiáng)度降低，不利于進(jìn)一步加工成型。

研究人員選擇鎂合金、釓（gadolinium）、釔（yttrium）、銀和鋯（zirconium）等材料均能夠通過熱軋法形成納米間距堆垛層錯結(jié)構(gòu)。高密度的層錯結(jié)構(gòu)允許材料進(jìn)一步的加工和成型。

理論上，新型鋁合金的強(qiáng)度為傳統(tǒng)鋁合金的兩倍，其重量則只有鋼材的一半，非常適合運(yùn)用于運(yùn)輸車輛的車架或汽車面板中。

(關(guān)鍵字：北卡 鋁合金 鎂合金)