日本原子能研究开发机构下属的J-PARC（大强度质子加速器设施中心）的Stefanus Harjo研究主干等与熊本大学研究生院自然科学研究部的山崎伦昭教授的研究团队共同发表研究成果称，明确了高强度镁合金（LPSO-Mg）通过高温挤压大幅提高强度的原理。研究团队通过在J-PARC的高性能工程材料衍射装置TAKUMI中使用中子来测量拉伸变形的试样，解析了各种结构相的变化。结果发现，构成合金的Mg相和LPSO相都有助于提高强度。该成果有望进一步增强镁合金的强度、降低成本并提高功能。相关成果已发表在国际学术杂志《Acta Materials》8月15日号上。
实验概要（供图：日本原子能研究开发机构）
熊本大学开发的高强度LPSO-Mg合金由镁基体和长周期堆叠结构（LPSO）相组成，兼具Mg的质量轻特性以及与强度最高的马氏体钢具有同等单位密度的强度。通过高温挤压加工可显著提高延展性和强度，这种强度的提高被认为是由于在加工过程中将扭结带引入LPSO相的结果。扭结带是滑移面局部弯曲的变形带状区域，可通过扫描电子显微镜观察到。
另一方面，当LPSO相的含量较少时，在挤压比较低时强度显着增加，而挤压比较高时强度下降。该现象无法仅用扭结带来解释，而且高温挤压加工过程中发生的各相反应也不清楚。
对此，为了阐明强度增加的机理，研究团队对2种不同挤压比（5.0和12.5）的高温挤压加工合金进行了“原位中子衍射实验”，通过拉伸变形每种合金测量了各相所承受的应力。
实验在25%LPSO相和350℃高温挤压加工的条件下进行。
实验结果首次表明，挤压加工不仅可以提高LPSO相的屈服强度，还可以提高Mg相的屈服强度。
此外还发现，当挤压比较低（5.0）时，形成了由沿挤压方向延伸的Mg相和尺寸较小的晶粒组成的再结晶组织的Mg相，并且Mg相变为多模态（Mg相中不同的组织形态混合的状态）。并且，这种组合是有效提高样品整体强度的要素。
与此相对，当挤压比较高（12.5）时，无法观察到清晰的Mg相。另外，与挤压比较低时相比，Mg相的强度贡献变小，而LPSO相的强度贡献变大。
Mg合金在铸造过程中容易出现缺陷，一般会通过提高挤压比来减少缺陷，但本次的研究揭示了通过降低挤压比形成多模态，从而提高强度和延展性的可能性。通过控制Mg相的组织形态，有可能进一步提高强度。
◇Harjo研究主干的结论
今后，我们将通过改变挤压条件和LPSO相的体积条件来创建各种多模态的不同组织，并研究其对机械性能的影响。最终期望能够建立一个数据库。
◇山崎教授的结论
我们认为，这一实验成果表明了即使不依赖含有被称为强化相的昂贵且重的锌和钇的LPSO相，也有可能提高强度。通过控制不均一性，有望开发出兼具强度和延展性的合金。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Acta Materialia, Vol. 255 (2023), 119029.
论文：Strengthening of αMg and long-period stacking ordered phases in a Mg-Zn-Y alloy by hot-extrusion with low extrusion ratio
DOI：10.1016/j.actamat.2023.119029
