哈工大镁合金顶刊综述：轻质高模量镁及镁基合金材料！

2022-09-26 15:18:17 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

镁 (Mg) 和 Mg 合金以其低密度、易回收性、优异的阻尼和机械加工性而闻名，但在弹性模量低、绝对强度低和耐腐蚀性差方面受到限制。随着航空航天、汽车、兵器等现代工业的发展，人们迫切需要具有低密度和高刚度的金属材料来节约能源和减少温室气体的排放。因此，提高镁基材料的弹性模量被认为是过去几十年开发新型高性能镁基材料时最关键的问题之一。然而，由于弹性模量是某种材料体系的固有特性，尽管投入了大量的努力，但通过合金化或复合材料的制造，获得了有限的模量增量。因此，制备高模量镁基材料仍然是一个瓶颈。

从微观上讲，弹性模量取决于原子间的结合力。因此，它对热处理、制造过程或微小的成分变化不敏感。为了增加这个值，需要将某些组件引入系统中，这些组件可以改变相邻原子之间的相互作用。目前，主要有两种方法可以显着提高 Mg 的弹性模量：(i) 通过掺入 Al、Li、Ge 、Pb 、Si 、Y 、Ag、Zn 和稀土（RE）元素进入镁基体；(ii) 通过加入高模量增强材料如陶瓷颗粒（Al 2 O 3 、SiC 、B 4 C 、AlN来制造 Mg 基复合材料、WC 、MgO、TiB 2、Si 3 N 4、ZrO 2、TiC、SiO 2等）、晶须（Mg 2 B 2 O 5、Al 18 B 4 O 33、Al 2 O 3 , SiC , etc.) 和长纤维 (C , Ti , Al 2 O 3 , TiNi等）进入复合系统。尽管已经开发了许多镁基材料，但实现了有限的模量增量，特别是在镁合金中。通常，镁合金与纯镁相比，杨氏模量提高不到25%，远小于相同比例合金元素引起的强度增量。镁基复合材料的模量增强相对镁合金高，增强效率很大程度上取决于所采用的增强材料。目前，以连续纤维增强的镁基复合材料具有较高的模量，而采用晶须和颗粒增强的镁基复合材料的模量增量要小得多。无论如何，镁基复合材料的上限远高于镁合金。

在此，哈尔滨工业大学材料科学与工程学院王晓军教授团队受这些观察的启发，回顾过去几十年通过镁合金和镁基复合材料制造高模量镁基材料的发展。综述了合金化和复合方法的弹性模量强化机制。介绍了具有不同析出物的高模量镁合金，从增强体类型、尺寸、体积分数以及增强体与镁基体的界面结合条件等方面比较了不同增强体增强的镁基复合材料的显微组织和力学性能。. 此外，讨论了为镁基复合材料提出的两种广为接受的模量预测模型的优点和局限性。最后，在弹性模量强化效率的情况下，比较了镁合金和镁基复合材料两种高模量材料。提出并展望了高模量镁基材料存在的挑战和发展趋势。

相关研究成果以题“Improving the Young's modulus of Mg via alloying and compositing – A short review”发表在增材制造顶刊Journal of Magnesium and Alloys上。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956722001797