镁科研：上海交大刘文才团队在高模量镁锂材料强韧化研究方面取得重要进展 ...

来自: 上海交通大学材料学院收藏邀请

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模量镁锂基复合材料强韧化机制研究方面取得重要进展。相关成果以“Achieving superior strength in high modulus Mg-Li matrix composites via rotary swaging with interfacial precipitation-induced strain compatibility”为题，发表在国际塑性力学领域顶刊《International Journal of Plasticity》上。上海交通大学刘文才研究员为本文通讯作者，博士研究生孙家伟为第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

镁锂合金因其低密度的超轻特性，被认为是最具潜力的超轻金属结构材料之一。然而，其杨氏模量低、强度有限的问题长期制约其在高性能结构件领域的应用。针对这一瓶颈问题，研究团队首次提出了基于“颗粒增强-旋锻变形-界面析出”协同调控的功能分区强化策略，通过多尺度组织构筑，实现了强度、模量与塑性的协同匹配。研究团队通过引入微米级TiB2增强颗粒并结合旋锻塑性加工技术，在镁锂基体中诱导形成大量的位错亚结构和纳米级Li(Al, Zn)界面析出层。该界面层在高模量TiB₂颗粒与Mg-Li基体之间形成应变桥梁，有效缓解了应力集中与界面失配。通过同步辐射原位拉伸实验及相场与有限元模拟，系统揭示了界面析出层在应力传递与协调变形中的关键作用。最终成功制备出兼具超轻、高强与高模量特性的镁锂基复合材料。该材料在仅有1.75 g/cm³的低密度下，实现了455 MPa的抗拉强度与61 GPa的杨氏模量，其模量和强度均显著高于传统镁合金体系，展现出优异的轻质高模量结构材料性能潜力。

该研究首次系统揭示了镁锂基复合材料中界面析出诱导应变协调的强化机制，为超轻高模量镁锂材料的设计原理与工程化应用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、轻量化装备及高比刚度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超轻高模量镁锂基材料开发、抗时效镁锂合金设计、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International Journal of Plasticity（https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104498）、Acta Materialia（https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117673）、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。

图1 高模量镁锂基复合材料优异的综合力学性能

图2 旋锻态镁锂基复合材料的超细晶与位错亚结构特征

图3 TiB₂颗粒界面析出相鉴定

图4 同步辐射原位拉伸试验揭示Li(Al, Zn)界面析出相的应变协调作用

图5 相场模拟Li(Al, Zn)析出相的界面析出过程

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