镁合金由于其密度低、比强度高、比刚度高以及对环境友好等优点，广泛应用在汽车、航空航天及3C产品等领域，被誉为21世纪最具发展潜力的绿色金属材料之一。然而，镁合金绝对强度偏低成为了限制其进一步发展的主要原因。通常在Mg-Zn-RE系合金中会形成长周期堆垛有序相（Long Period Stacking Ordered,简称LPSO相），该相可有效提高合金的力学性能。Mg-Zn-Y-Gd系合金是Mg-Zn-RE合金中极具潜力的一类合金，该系列合金在适当的元素配比和热处理工艺下会形成LPSO相强化合金，使合金具有优异的力学性能。然而，目前大多数的高性能Mg-Zn-Y-Gd系合金是以高稀土低Zn的元素配比为主，由于稀土含量较高，提高了成本，不利于镁合金的商业化应用。因此，如何在保证合金高性能的前提下，降低合金的成本具有重要意义。

最近，重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心Kim Jonghyun教授等人通过采用控制RE含量，提高Zn含量的方法，促使合金中的第二相转变为LPSO相和金属间化合物相的混合结构，以达到提高性能同时降低成本的目的。Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金（合金A）在较低的稀土含量下，其铸态性能为：屈服强度134 MPa，抗拉强度247 MPa，延伸率2.9%。相较于Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金（合金B），其抗拉强度提高了19 MPa，证明了相对于单一LPSO相的结构，LPSO相和金属间化合物相的混合结构具有更强的强化效果。该研究为降低高性能镁合金的成本提供了思路。

系统研究了Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金及Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金在铸态、固溶态和时效态的微观组织和力学性能。（1）据报道，Mg-Zn-Y-Gd系合金在不同的Zn/RE比值下会生成不同种类的第二相。如图1所示，当合金中Zn含量从0.9 at.%提升到1.8 at.%的时候，合金中第二相由单一的LPSO相转变成了LPSO相+W-Mg3Zn3RE2的混合结构。经过软件统计计算可知，Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金中LPSO相体积百分比为23.6%，而Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金中LPSO相和W相的体积百分比分别为21.7%和2.2%，两相总含量与Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金中LPSO相的含量相近。该结果表明Zn元素含量的提升促使合金中的LPSO相转变为W相。（2）对合金进行了室温和200 ℃下的拉伸测试，其结果如表1所示。从中可以得出，在室温和200 ℃下Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金具有更高的力学性能，因此在第二相含量不变的前提下，由W相+LPSO相组成的混合结构，具有比单一LPSO相更强的强化能力，这是Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金具有更高力学性能的主要原因。此外，由于W相在高温下具有更好的稳定性，使得铸态Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金在200 ℃下仍然具有101 MPa的屈服强度和225 MPa的抗拉强度。而Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金在单一LPSO相的结构下，其高温性能相对较差，其屈服强度和抗拉强度仅为89 MPa和166 MPa。

此外，还研究了两种合金在热处理条件下的微观组织和力学性能。两种合金在经过480 ℃×24 h的固溶处理后，合金强度均明显下降，塑性得到一定改善。经过时效处理后，合金的强度得到了一定程度的回升，然而并未达到铸态的强度。对时效状态下的Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金进行了进一步的TEM分析，如图2所示。可以看出铸态合金中的LPSO相是以块状的形貌为主，而合金在经固溶和时效处理后，出现了细长的长条状LPSO相，厚度为几纳米到几百纳米不等。因此，我们认为合金中块状LPSO相的强化效果强于层片状LPSO相，不同形貌LPSO相的强化能力不同，使合金的力学性能在经过热处理后出现了明显的差异。

该文章发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第8卷第4期：

[1] Liao H, Kim J, Lee T, et al. Effect of heat treatment on LPSO morphology and mechanical properties of Mg–Zn–Y–Gd alloys[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2020, 8(4):1120-1127.

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