上海交大金属顶刊Acta Materialia：首次系统揭示了异质结构与可剪切析出相协同调控实现镁锂合金强韧化的内在机理

2025-12-29 14:43:55 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

近日，上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心刘文才团队在超轻高性能镁锂合金设计与强韧化机理研究方面取得重要进展。相关成果以“Achieving strength-ductility synergy in Mg-Li alloy via heterogeneous structure and shearable precipitates”为题发表在Acta Materialia上。上海交通大学刘文才研究员为本文通讯作者，博士研究生黄玉川为第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121830

主要研究内容

镁锂合金因其低密度的超轻特性，被认为是最具潜力的轻质金属结构材料之一。然而，其绝对强度偏低、强度与塑性难以兼顾的问题，长期制约了其在高性能轻质结构件领域的应用。针对这一关键瓶颈问题，研究团队首次提出了基于“异质结构构筑-可剪切析出相调控”的协同强韧化新策略，通过多尺度组织协同调控，实现了镁锂合金中强度与延展性的同步提升。研究团队基于相图计算进行合金成分精准调控，引入稳定的第二相颗粒，在热加工过程中有效触发颗粒刺激形核（PSN）效应，从而在材料内部构筑出沿变形方向交替分布的层片状粗晶/细晶异质结构；同时进一步的热处理在基体中形成均匀弥散的纳米级(Mg,Li)(Al,Zn)₂条状析出相。该析出相与基体保持良好的界面匹配关系，可在变形过程中被位错直接剪切，从而有效缓解应力集中并提升变形协调性。通过系统的显微结构表征和原位同步辐射拉伸实验，研究团队揭示了异质结构诱导的异质变形协调强化与可剪切析出相协同作用的强韧化机制。异质结构在变形过程中显著促进几何必需位错的积累，产生有效的背应力强化；同时，析出相的可剪切特性使其能够与基体协同变形，在强化材料的同时避免塑性损失。最终成功制备出兼具低密度、高强度与高延展性的镁锂合金材料。该合金在室温条件下实现了约346 MPa的抗拉强度和约30%的延伸率，强度-延伸率乘积达到10.4 GPa·%，在现有镁锂合金及轻质镁合金体系中表现出突出的综合力学性能优势。

该研究首次系统揭示了异质结构与可剪切析出相协同调控实现镁锂合金强韧化的内在机理，为新一代高强韧、低密度且组织稳定的镁锂合金设计提供了新的理论基础与技术路径。研究成果对于推动我国空天防务、轻量化装备及超轻高强韧结构件的自主材料开发具有重要意义。

近年来，在丁文江院士和吴国华教授的大力支持下，刘文才研究员团队围绕高强韧抗时效镁锂合金设计、超轻高模量镁锂基材料开发、镁锂基材料电弧增材制造、大熔量高品质镁锂材料制备等方向持续开展系统研究，已在Acta Materialia(https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121830, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117673) , International Journal of Plasticity(https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104498), Additive Manufacturing(https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104617) 等国际著名期刊发表多篇高水平论文，形成了镁锂材料“成分设计-组织调控-中试验证-构件应用”的全链条研究体系。团队致力于服务国家空天防务和先进轻质结构材料的重大需求，持续推动我国超轻高模量金属材料的自主创新与工程化应用。