高強輕質的鎂合金作為一種經典的結構材料在汽車、火車、飛機等交通工具的制造中廣泛應用。
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然而，鎂金屬及鎂合金的大規模應用受制于其低塑性。這是由于鎂的〈c+a〉位錯滑移不能承載大的塑性變形。通常采取摻入其它元素的方法提高鎂合金的塑性，但這種方法成本太高，難以在實際應用中推廣。
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近日，西安交通大學的單智偉教授、澳大利亞蒙納士大學和重慶大學的聶建峰教授、美國內華達大學雷諾分校的李斌教授（共同通訊作者）等發現，對于晶粒尺寸極小的純鎂，其延展性遠高于此前人們預想的水平。
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該工作用原位TEM觀察純鎂在塑性變形中的位錯滑移機制，發現鎂的〈c+a〉錐面滑移系能承載大的塑性變形。當鎂晶粒小至亞微米級別時，鎂表現出遠高于其塊體材料的高塑性。
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對此，作者提出，小的晶粒尺寸通常導致大的應力，這促使鎂晶體中更多的〈c+a〉滑移系開動，由此產生的塑性變形使鎂金屬兼具高的強度和塑性。
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此外，小晶粒能抑制孿晶變形，而這正是大晶粒材料常見的斷裂機制。該機制有望提高鎂及其他金屬、合金的延展性。
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該工作以“Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations”為標題于2019年7月5日發表在國際頂刊Science上。
圖一、原位TEM觀察柱狀鎂單晶在壓縮應力下沿<a+c>晶向滑移
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圖二、橫截面為梯形的鎂金屬樣品在<c+a>位錯滑移下的衍射襯度像
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圖三、原位TEM觀測不同樣品中的<c+a>位錯滑移
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圖四、用三維重構模型解釋兩種類型的<a+c>錐面滑移機制，從中可見不同塑性變形模式下的滑移面及交叉滑移方式。
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Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations（Science，2019，DOI：10.1126/science.aaw2843）
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原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/365/6448/73
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