圖片來源： 密歇根大學
這項研究由美國能源部資助，為鎂合金在機械應力下的反應提供了新的見解。鎂比鋁輕30%，雖然一些制造商已經(jīng)將其用于非承重部件，但由于其在應力作用下的不可預測行為，其更廣泛的應用受到了限制。了解和控制這種行為可能使鎂成為汽車生產(chǎn)的主流材料。
每種金屬的晶體結(jié)構(gòu)——原子有序、重復的排列——決定了它在拉伸或彎曲時的反應。鋼和鋁具有多個“滑移系統(tǒng)（slip systems）”，使原子能夠輕松地向任何方向移動，從而能夠在拉伸時不斷裂。鎂的滑移系統(tǒng)則受到限制，只能在少數(shù)幾個方向上移動原子。
鎂合金如何應對應力
當鎂合金沿不易滑動的方向拉伸時，會形成“變形孿生”。這些孿生區(qū)域是晶體結(jié)構(gòu)中特定區(qū)域原子發(fā)生取向變化時產(chǎn)生的鏡像區(qū)域。這類似于折疊一張紙，使一側(cè)沿著折痕與另一側(cè)成鏡像。
這種孿生過程可以提高延展性，使材料能夠沿更多方向拉伸，但過度孿生會產(chǎn)生缺陷簇，最終導致裂紋。
密歇根大學團隊在實驗中發(fā)現(xiàn)，這三種類型的孿晶均形成于三個晶體相遇的“三重連接點”，并且缺陷總是出現(xiàn)在孿晶與另一個晶體接觸的地方。
機械工程與材料科學助理教授Ashley Bucsek表示，這種一致的行為可能是優(yōu)化鎂在高要求應用中的使用壽命的關(guān)鍵。在施加應力之前，研究人員使用小型CT掃描機掃描樣品以繪制晶粒取向圖。然后，他們選擇了一個位置理想的晶粒來追蹤孿晶過程。
X射線成像應用
為了以前所未有的細節(jié)捕捉這些變化，研究團隊使用了位于法國的歐洲同步輻射裝置。其高能X射線使科學家們能夠在不損壞樣品的情況下對選定的晶粒進行成像。
他們使用了一種名為暗場X射線顯微鏡的技術(shù)，該技術(shù)可以過濾并放大與目標晶粒相關(guān)的特定角度衍射的X射線。
樣品在三種不同的負載下進行拉伸——0.6、30和45兆帕——這三種負載是汽車零部件的典型拉伸力。
在每次加載之間，研究人員都會對晶粒進行成像，從而有效地觀察孿生粒子在真實空間中的形成和演變。
這些高分辨率圖像是朝著提高鎂合金的延展性和穩(wěn)定性邁出的第一步，使其更接近于在汽車和其他車輛上的大規(guī)模應用。研究人員計劃在未來的實驗中實時捕捉這些變化。
