高强轻质的镁合金作为一种经典的结构材料在汽车、火车、飞机等交通工具的制造中广泛应用。

   然而，镁金属及镁合金的大规模应用受制于其低塑性。这是由于镁的〈c+a〉位错滑移不能承载大的塑性变形。通常采取掺入其它元素的方法提高镁合金的塑性，但这种方法成本太高，难以在实际应用中推广。

   近日，西安交通大学的单智伟教授、澳大利亚蒙纳士大学的聂建峰教授和美国内华达大学雷诺分校的李斌教授（共同通讯作者）等发现，对于晶粒尺寸极小的纯镁，其延展性远高于此前人们预想的水平。

     该工作用原位TEM观察纯镁在塑性变形中的位错滑移机制，发现镁的〈c+a〉锥面滑移系能承载大的塑性变形。当镁晶粒小至亚微米级别时，镁表现出远高于其块体材料的高塑性。

   对此，作者提出，小的晶粒尺寸通常导致大的应力，这促使镁晶体中更多的〈c+a〉滑移系开动，由此产生的塑性变形使镁金属兼具高的强度和塑性。

此外，小晶粒能抑制孪晶变形，而这正是大晶粒材料常见的断裂机制。该机制有望提高镁及其他金属、合金的延展性。

该工作以“Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations”为标题于2019年7月5日发表在国际顶刊Science上。

                                                                         图文解读

图一、原位TEM观察柱状镁单晶在压缩应力下沿<a+c>晶向滑移

图二、横截面为梯形的镁金属样品在<c+a>位错滑移下的衍射衬度像

图三、原位TEM观测不同样品中的<c+a>位错滑移

图四、用三维重构模型解释两种类型的<a+c>锥面滑移机制，从中可见不同塑性变形模式下的滑移面及交叉滑移方式。

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