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的主流材料。
每種金屬的晶體結構——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（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。鎂的滑移系統則受到限制，只能在少數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”。這些孿生區域是晶體結構中特定區域原子發生取向變化時產生的鏡像區域。這類似于折疊一張紙，使一側沿著折痕與另一側成鏡像。
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，但過度孿生會產生缺陷簇，最終導致裂紋。
密歇根大學團隊在實驗中發現，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化鎂在高要求應用中的使用壽命的關鍵。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，該技術可以過濾并放大與目標晶粒相關的特定角度衍射的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模應用。研究人員計劃在未來的實驗中實時捕捉這些變化。
