北卡羅來納州立大學的研究人員近日開發出一種新的技術，能夠制造出用于商用車車架或汽車面板的高強度鎂合金。鎂合金通過熱軋法實現晶體層的堆垛層錯現象（stacking faults），產生的效果是鎂合金的屈服強度（yield strength）達到575兆帕，極限強度（ultimate strength）達到600兆帕，延展性等級為中（5.2%均勻伸長率）。

納米間距堆積層錯是層狀結構晶格中常見的一種面缺陷，它是晶體結構層正常的周期性重復堆垛順序在某二層間出現了錯誤，從而導致的沿該層間平面（稱為層錯面）兩側附近原子的錯誤排布。

由于鎂金屬儲量豐富、密度較低、可鑄性強、循環利用率高，鎂以及鎂合金在近幾年被逐漸應用于汽車面板制造中。然而，鎂合金的強度不足在很大程度上限制了其應用，普通鎂合金的拉伸屈服強度為100-250兆帕，平均伸長率為2%-8%。

除了傳統沉淀強化（precipitation control）工藝，增強鎂合金強度主要依靠兩種手段：第一種，晶粒細化。晶粒細化就是對凝固的金屬進行振動和攪動，一方面依靠從外面輸入能量促使晶核提前形成，另一方面使成長中的枝晶破碎，增加晶核數目。目前已采取的方法有機械攪拌、電磁攪拌、音頻振動及超聲波振動等。利用機械或電磁感應法攪動液穴中熔體，增加了熔體與冷凝殼的熱交換，液穴中熔體溫度降低，過冷帶增大，破碎了結晶前沿的骨架，出現了大量可作為結晶核的枝晶碎塊，從而使晶粒細化。通過這種方法，鋁合金的屈服強度將達到最高600兆帕，并形成均勻分布長期有序結構。

另一種增強鋁合金強度的方法能夠用來獲得超細晶粒（直徑小于1微米）。高濃度晶界(GBs)存在于超細晶粒的微觀結構中形成晶粒原子位移的屏障，限制分子運動，從而提高了鎂合金的強度。但此方法對屈服強度的提升作用并不大，往往只能從250兆帕提升到400兆帕左右。此外，雖然位錯滑移（dislocation slip）是提升鋁合金延展性和強度的有效方法，但細化晶粒會抑制形變雙晶（deformation twinning）的原有屬性，導致超細化晶粒在低溫環境下強度降低，不利于進一步加工成型。

研究人員選擇鎂合金、釓（gadolinium）、釔（yttrium）、銀和鋯（zirconium）等材料均能夠通過熱軋法形成納米間距堆垛層錯結構。高密度的層錯結構允許材料進一步的加工和成型。

理論上，新型鋁合金的強度為傳統鋁合金的兩倍，其重量則只有鋼材的一半，非常適合運用于運輸車輛的車架或汽車面板中。

(關鍵字：北卡 鋁合金 鎂合金)