7月5日，《科学》杂志刊发西安交通大学单智伟教授团队最新研究成果：塑性差并不是镁的固有属性，通过提高流变应力（如通过细化晶粒）来促进位错形核和滑移，可以是行之有效的增塑方法。
论文标题：
Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations
镁中由锥面位错主导的大塑性变形
第一作者：
西安交大青年教师 刘博宇
西安交大博士研究生 刘 飞
通讯作者：
西安交大材料学院 单智伟 教授
澳大利亚莫纳什大学 聂建峰 教授
美国内华达大学 李 斌 教授
西安交通大学单智伟教授团队经过广泛调研和深入讨论，决定采用以下有针对性的实验设计来系统研究镁中锥面位错的行为：
█ 采用原位电镜纳米力学测试技术来解决样品几何形变、微观结构演化以及力学曲线三者之间一一对应的难题；
█ 选取合适的加载方向来消除其它位错的干扰；
█ 采用梯度样品设计来解决捕捉和表征单根位错难的问题；
█ 运用三维图像重构技术来解决位错滑移面不易确定的难题；
█ 并通过对比力学曲线的方式澄清了电子束影响的问题。
研究团队证明了最起码对亚微米尺度的纯镁而言，各种类型的锥面位错（刃、螺、混合型）不仅可以滑移，而且可以导致非常大的塑性变形。与块体材料相比，微纳米样品呈现出更高的屈服强度和流变应力。
因此，研究团队推测高应力促进了锥面位错的形核和滑移，进而提高了测试样品的塑性。
通过进一步深入分析，不仅确定了位错的滑移面，而且还清晰地观察到锥面位错的交滑移、位错偶极子的形成以及位错往复运动等此前尚未报道过的重要现象。
该研究为完善镁的塑性变形理论提供了重要的实验数据，并为高塑性镁合金的开发带来新的启发。
图1 亚微米尺寸镁的大塑性变形；
图2 实验观测到的塑性变形是由锥面位错滑移主导的；
图3 原位电镜捕捉到单根锥面位错的滑移；
图4 三维图像重构帮助解析锥面位错的形态及其滑移面
参与该工作的科研工作者还包括西安交通大学张磊教授、博士研究生杨楠、西安科技大学翟啸波博士、美国麻省理工学院李巨教授、约翰霍普金斯大学马恩教授、内华达大学博士研究生杨洋。
单智伟教授（右二）与团队成员
一起讨论实验结果
近年来，单智伟研究团队依托西安交通大学材料学院、金属材料强度国家重点实验室、西安交通大学微纳中心和陕西省镁基新材料工程研究中心，开展了一系列富有成效的基础研究、技术攻关和成果转化。
█ 2014年，发现了镁中不同于位错和孪晶的室温变形新机制，成果发表于《自然·通讯》，并荣获美国TMS学会镁分会年度最佳基础研究论文奖
█ 系统研究了镁合金中析出相形貌对孪晶行为的影响，并进而发展了一种判断镁合金强塑性的简单判据，成果发表于《材料科学技术》（封面推荐，2018）；
█ 2018年，发现通过活化二氧化碳，可以在室温下将镁表面的氧化层或腐蚀产物转变成一种致密的保护膜层，不仅可显著提升镁及其合金的抗腐蚀性和强韧性，而且大幅提高镁的抗氧化能力，从而发明了一种绿色、低成本镁合金涂层新技术，成果发表于《自然·通讯》（2018），并获得国家发明专利授权。
█ 针对原镁冶炼工艺落后、自动化程度低和环境污染严重的现状，提出并验证了原本需要在真空条件下进行的原镁冶炼可以在常压进行，并与华西能源公司联合攻关，开展了原镁常压生产的工业化装置的开发；
█ 针对原镁杂质元素种类多、含量高、波动大的痼疾，从机理出发，开发出全新的工艺流程，在不显著增加成本的情况下，从料球直接生产出99.99%以上纯度的高纯镁，革新了此前领域内普遍认为皮江法（硅热还原法）不能直接生产高纯原镁的认知。
上述成果的推广和应用，有望从整体上提升镁产品的质量和性能
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/365/6448/73
文章来源：西安交通大学
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