圖片來(lái)源： 密歇根大學(xué)
這項(xiàng)研究由美國(guó)能源部資助，為鎂合金在機(jī)械應(yīng)力下的反應(yīng)提供了新的見(jiàn)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(yīng)力作用下的不可預(yù)測(cè)行為，其更廣泛的應(yīng)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(fù)的排列——決定了它在拉伸或彎曲時(shí)的反應(yīng)。鋼和鋁具有多個(gè)“滑移系統(tǒng)（slip systems）”，使原子能夠輕松地向任何方向移動(dòng)，從而能夠在拉伸時(shí)不斷裂。鎂的滑移系統(tǒng)則受到限制，只能在少數(shù)幾個(gè)方向上移動(dòng)原子。
鎂合金如何應(yīng)對(duì)應(yīng)力
當(dāng)鎂合金沿不易滑動(dòng)的方向拉伸時(shí)，會(huì)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(shí)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(guò)程可以提高延展性，使材料能夠沿更多方向拉伸，但過(guò)度孿生會(huì)產(chǎn)生缺陷簇，最終導(dǎo)致裂紋。
密歇根大學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這三種類型的孿晶均形成于三個(gè)晶體相遇的“三重連接點(diǎn)”，并且缺陷總是出現(xiàn)在孿晶與另一個(gè)晶體接觸的地方。
機(jī)械工程與材料科學(xué)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(yīng)用中的使用壽命的關(guān)鍵。在施加應(yīng)力之前，研究人員使用小型CT掃描機(jī)掃描樣品以繪制晶粒取向圖。然后，他們選擇了一個(gè)位置理想的晶粒來(lái)追蹤孿晶過(guò)程。
X射線成像應(yīng)用
為了以前所未有的細(xì)節(jié)捕捉這些變化，研究團(tuán)隊(duì)使用了位于法國(guó)的歐洲同步輻射裝置。其高能X射線使科學(xué)家們能夠在不損壞樣品的情況下對(duì)選定的晶粒進(jìn)行成像。
他們使用了一種名為暗場(chǎng)X射線顯微鏡的技術(shù)，該技術(shù)可以過(guò)濾并放大與目標(biāo)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(fù)載下進(jìn)行拉伸——0.6、30和45兆帕——這三種負(fù)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(huì)對(duì)晶粒進(jìn)行成像，從而有效地觀察孿生粒子在真實(shí)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(yīng)用。研究人員計(jì)劃在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中實(shí)時(shí)捕捉這些變化。
