镁合金作为轻量化材料，在多个工程领域都有广泛的应用或潜在应用前景，且在全球范围内，我国是最大的镁资源储备国和生产国，因此，在镁合金领域，我国有着先天的储备优势。但常规低合金的镁合金普遍存在强度与耐腐蚀难以兼顾的问题，进一步合金化虽然能缓解这一困境，但高合金化这一方法的奏效往往是依赖于增加稀有元素的含量，这就意味着整体材料的成本会明显增加，显然不够这一方法不够经济性，如何在低合金体系内突破镁合金的这一困境，就成了新的研究方向。

近期，镁合金领域的权威期刊《Journal of Magnesium and Alloys》在线发表了一篇题为“Exploring low-alloyed as-extruded Mg alloy with high strength and high corrosion resistance”的研究成果，通讯作者为哈尔滨工程大学张景怀教授、刘淑娟副教授和中国科学院长春应用化学研究所邱鑫研究员。研究以整体合金含量＜3%的低合金镁合金Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn为研究对象，实现了高强度与高耐蚀性的统一，降低了传统优化路径中对稀有元素的依赖。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jma.2025.06.002

【核心内容】

图形摘要

【研究方法】

团队采用纯Mg、纯Zn、Mg-24sm、Mg-30Ca和Mg-1.4Mn中间合金，在惰性气氛保护下，于电阻炉中制备Mg-1Sm-0.8Mn-0.5Ca-0.4Zn合金铸锭。将铸锭置于在275℃下预热2h后以10:1的挤压比与0.1mm·s^-1的速度挤压成型。利用SEM/EDS、EBSD分析晶粒取向、织构和动态再结晶特征，并通过TEM进行显微组织、纳米析出相和腐蚀膜结构的高分辨表征。力学性能采用沿挤压方向的单轴拉伸实验评估屈服强度和延伸率，耐蚀性则通过3.5wt% NaCl溶液中的长期浸泡，同时通过SKPFM原位测量二次相与基体之间的电位差并进行电化学实验进行综合评价，结合SAED和XPS深入揭示腐蚀膜成分与非晶特征的形成机制。

【研究成果】

① 特殊细晶组织构建高强度

EBSD分析表明，合金由1.1μm的细小动态再结晶晶粒和强织构未再结晶晶粒组成，LAGBs及高密度位错共同作用限制了晶粒长大，弱织构DRX晶粒与强织构未DRX晶粒的协同，有助于在低合金条件下获得高的强度。

EBSD分析显示DRX区和未DRX区分布及位错密度

②多尺度析出相协同强化

在微/亚微米尺度，存在Mg₃Sm₂Zn₃和Mg₂Ca颗粒刺激形核，在纳米尺度，大量均匀弥散的直径为9.6±1nm，间距45±2nm的α-Mn纳米颗粒是主要的沉淀强化源，其Orowan强化贡献接近80MPa，这一显著的强化效果在此前的低合金镁合金中罕有报道。

SEM/TEM揭示Mg₂Ca与Mg₃Sm₂Zn₃分布

TEM/HRTEM显示α-Mn纳米析出相及其取向关系

③微电偶效应与腐蚀膜演化

SKPFM测得Mg₂Ca为阳极相（-196mV），Mg₃Sm₂Zn₃为阴极相（+132mV）。虽然高活性阳极相Mg₂Ca不利于腐蚀初期快速形成完整的膜结构，但由于其优先溶解释放足够的Ca²⁺，促进了含CaCO₃的长期致密膜的形成。纳米级α-Mn析出物虽然具有较强的阴极性质，但其主要起强化作用，因尺寸极小，对初期膜形成的影响不大。

性能对比

二次相识别及电位分布

不同浸泡时间下表面腐蚀形貌演化

TEM揭示纳米α-Mn在腐蚀膜形成中的作用

④ 致密“非晶+纳晶”腐蚀膜赋予高耐蚀性

长时间浸泡（168h）后，形成平均厚度17μm的富Ca/Sm/Mn/Zn的腐蚀膜。HRTEM和SAED表明该膜呈“非晶为主，纳晶镶嵌”结构，显著减少了离子的扩散通道，提高了膜的保护性.极化曲线与EIS显示腐蚀膜电阻在72h后稳定在4350Ω·cm²，表现出类钝化状态。

腐蚀膜截面及元素分布

HRTEM揭示腐蚀膜非晶特征

TEM/XPS证实腐蚀膜中CaCO₃形成

电化学测试表明腐蚀膜保护性随时间增强并趋于稳定

【总结与展望】

通过调控低合金镁合金的基体组织与腐蚀膜结构，可在保持低合金化、低成本的前提下，实现高屈服强度和与高纯镁相当的耐蚀性，尤其是α-Mn纳米析出相提供的高强化贡献与非晶腐蚀膜的形成，为未来低合金高性能镁合金设计提供了新的思路。