鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，相比于傳統(tǒng)金屬，鎂的塑性變形加工難、成本高，制約了其廣泛應(yīng)用。近日，西交大單智偉團(tuán)隊(duì)在金屬鎂塑性變形行為和內(nèi)在機(jī)制領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該成果以Rejuvenation of plasticity via deformation graining in magnesium為題發(fā)表在Nature Communications上。

金屬材料在塑性變形時(shí)一般會(huì)發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，即隨著變形量的增加，材料內(nèi)部缺陷和損傷逐步累積，流變應(yīng)力不斷增加。當(dāng)硬化到一定程度時(shí)，材料將不具備繼續(xù)塑性變形的能力，最終發(fā)生斷裂。

西交大團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于亞微米尺寸的鎂單晶，當(dāng)沿軸壓縮時(shí)，首先發(fā)生由錐面位錯(cuò)滑移主導(dǎo)的塑性變形。隨著加工硬化的不斷加劇，原本認(rèn)為塑性已消耗殆盡的樣品并沒(méi)有斷裂失效。當(dāng)流變應(yīng)力升高到1GPa 時(shí)，樣品被壓為扁平狀且沒(méi)有裂紋產(chǎn)生。此外，被壓扁的樣品已不再是單晶，而是由多個(gè)具有共軸取向關(guān)系的小晶粒組成，小晶粒內(nèi)部有大量的基面和非基面位錯(cuò)。

通過(guò)系統(tǒng)的晶體學(xué)分析、顯微學(xué)分析、原子尺度表征，并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬，該團(tuán)隊(duì)提出新晶粒是通過(guò)錐面-基面轉(zhuǎn)變形成的。在新晶粒形成后，原本已消耗殆盡的塑性得到了再生。該過(guò)程不必依賴擴(kuò)散，可在室溫下快速發(fā)生，所形成的新晶粒與基體晶粒具有特定的晶體學(xué)取向?qū)?yīng)關(guān)系。在新形成的晶粒中，可以繼續(xù)發(fā)生由位錯(cuò)和孿生協(xié)調(diào)的塑性變形，使得樣品重新具有了塑性變形能力，在高應(yīng)力下加工，可由高應(yīng)力引發(fā)新的變形機(jī)制，進(jìn)而提高鎂的變形加工能力。左圖為晶界的高可動(dòng)性。