日本核能研究開發機構下屬的J-PARC（大強度質子加速器設施中心）的Stefanus Harjo研究主幹等與熊本大學研究生院自然科學研究部的山崎倫昭教授的研究團隊共同發表研究成果稱，明確了高強度鎂合金（LPSO-Mg）透過高溫擠製大幅提高強度的原理。研究團隊透過在J-PARC的高性能工程材料繞射裝置TAKUMI中使用中介子來測量拉伸變形的試樣，解析了各種結構相的變化。結果發現，構成合金的Mg相和LPSO相都有助於提高強度。該成果有望進一步強化鎂合金的強度、降低成本並提高功能。相關成果已發表在國際學術雜誌《Acta Materials》8月15日號上。
實驗概要（供圖：日本核能研究開發機構）
熊本大學開發的高強度LPSO-Mg合金由鎂基體和長週期堆疊結構（LPSO）相組成，兼具Mg的質量輕特性以及與強度最高的麻田散鐵鋼具有同等單位密度的強度。透過高溫擠製加工可顯著提高延展性和強度，這種強度的提高被認爲是由於在加工程序中將扭結帶引入LPSO相的結果。扭結帶是滑移面局部彎曲的變形帶狀區域，可透過掃描電子顯微鏡觀察到。
另一方面，當LPSO相的含量較少時，在擠製比較低時強度顯着增加，而擠製比較高時強度下降。該現象無法僅用扭結帶來解釋，而且高溫擠製加工程序中發生的各相反應也不清楚。
對此，爲了闡明強度增加的機制，研究團隊對2種不同擠製比（5.0和12.5）的高溫擠製加工合金進行了「原位中子繞射實驗」，透過拉伸變形每種合金測量了各相所承受的應力。
實驗在25%LPSO相和350℃高溫擠製加工的條件下進行。
實驗結果首次表明，擠製加工不僅可以提高LPSO相的降伏強度，還可以提高Mg相的降伏強度。
此外還發現，當擠製比較低（5.0）時，形成了由沿擠製方向延伸的Mg相和尺寸較小的晶粒組成的再結晶組織的Mg相，並且Mg相變爲多模態（Mg相中不同的組織形態混合的狀態）。並且，這種組合是有效提高樣品整體強度的要素。
與此相對，當擠製比較高（12.5）時，無法觀察到清晰的Mg相。另外，與擠製比較低時相比，Mg相的強度貢獻變小，而LPSO相的強度貢獻變大。
Mg合金在鑄造程序中容易出現缺陷，一般會透過提高擠製比來減量缺陷，但本次的研究揭示了透過降低擠製比形成多模態，從而提高強度和延展性的可能性。透過控制Mg相的組織形態，有可能進一步提高強度。
◇Harjo研究主幹的結論
今後，我們將透過改變擠製條件和LPSO相的體積條件來建立各種多模態的不同組織，並研究其對機械性能的影響。最終期望能夠建立一個資料庫。
◇山崎教授的結論
我們認爲，這一實驗成果表明了即使不依賴含有被稱爲強化相的昂貴且重的鋅和釔的LPSO相，也有可能提高強度。透過控制不均一性，有望開發出兼具強度和延展性的合金。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Acta Materialia, Vol. 255 (2023), 119029.
論文：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
