近年來，高性能金屬材料的一個新的發展方向是在成分低合金化概念的基礎上保持優異的力學性能，目的是在不添加或添加少量溶質的情況下，穩定現有缺陷，從而促進超細/納米晶粒的形成。鎂，作為最輕的金屬結構材料(密度約為鋁的2/3和鋼的1/4)，在減輕重量方面發揮著重要的作用，在交通運輸和航空航天領域有著巨大的應用潛力。根據“平坦化”的概念，低合金Mg材料由于其抗變形能力較低，代表著較高的成形性，近年來備受關注。此外，與傳統的重合金鎂合金相比，“普通”鎂合金的密度持續下降了10 ~ 20%，而且減輕重量的優勢更加明顯。近年來，在Mg - 2Sn - 2Ca 變形鎂合金中，無稀土和低合金化鎂合金的最高強度達到了約460 MPa。這意味著可以通過優化溶質和加工路線的選擇來避免過量的合金元素。因此，新型高強度低合金化鎂合金具有良好的加工性能和較低的成本，具有廣闊的工業應用前景。

然而，進一步降低合金元素的含量是需要的，開發低微合金化、高強度的Mg材料是更有吸引力的。一個明顯的原因是，添加較低的合金元素可以有效避免第二相的形成，促進Mg基體的均勻腐蝕，大大提高的耐蝕性。利用微合金化設計實現Mg資源的循環利用和可持續開發具有重要意義。然而，在這種鎂合金中實現明顯的晶粒細化仍然是一個很大的挑戰。

在本研究中，東北大學秦高梧教授團隊選擇Mg-0.2 wt.% Ce合金作為模型材料，該材料之前被證明是高韌性的。然而，Mg - Ce基合金的屈服強度通常較低，小于100 MPa。在此背景下，作者探索了一種新的微合金化Mg-Ce-Al合金，獲得了意想不到的超細晶粒（420nm）和高強度(350 MPa以上)。相關研究成果以題“Development of novel lightweight and cost-effective Mg–Ce–Al wrought alloy with high strength”發表在 Materials research letters上。

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//www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2021.1918776

圖1展示了 Mg-0.2Ce-0.05Al wt.% 樣品的拉伸曲線，這些樣品是通過傳統的一步擠壓制備的。當坯料在 260°C 的低溫和約 0.5 毫米/秒的模具出口速度（指定為 AE260）下擠出時，拉伸樣品的屈服強度 (YS) 測量為約 350 MPa。AE260 樣品的斷裂伸長率 (EL) 僅為 ~2.5%。當擠出溫度升高到~300°C（指定為AE300，擠出速度相同~0.5 mm/s）時，AE300樣品的拉伸YS增加到~365 MPa，EL也提高了約 6%。當鎂坯料在 300°C 的相同溫度下（指定為 AE300H）進一步提高擠壓速度至 1.5 mm/s 時，AE300H 樣品的 YS 降低至 286 MPa，同時獲得了高 EL 9.5%。

圖1。(a)AE260、AE300和AE300H試樣的名義應力-應變曲線;(b)現有Mg - ce - al合金和先前報道的Mg變形合金的“每重量YS增量”和延性分布圖。(c) AE260和(d) AE300擠壓Mg樣品的EBSD圖像，附圖為{10-10}極點圖。

圖2。擠壓態(a - c) AE260、(d - f) AE300和(g - i) AE300H樣品的TEM圖像，包括(a,d,g) DRXed晶粒、(b,e,h)亞晶粒和(c,f,i)殘余位錯和伴隨的納米顆粒。納米粒子分別用藍色圓圈表示，殘余位錯用紅色箭頭表示。

圖3。HAADF-STEM和(a-f) AE300和(g-i) AE300H樣品對應的映射圖像。證實了納米mg12ce相和Al-Ce相的存在和GB偏析。

圖4。對AE300樣品的APT圖進行了分析，包括(a) 60 nm × 60 nm × 318 nm修飾的彎曲位錯和(b) 74 nm × 74 nm × 477 nm線性偏析的直線位錯。% Ce等組成面)。本文提供了P1和P2的典型聚類的組成特征以及L1的典型線性特征。為行L2提供了x軸和y軸視圖。(c) AE300中GB分離也明顯。

綜上所述，本文研制成功了一種重量輕、性價比高的Mg-Ce-Al稀擠壓合金。少量Al的加入就可以在位錯和GBs處誘發富Ce - Al偏析。這些線性和平面偏析的聯合作用有效地保證了Mg-Ce-Al合金亞微米級的晶粒細化和高屈服強度。從資源節約型可持續材料的角度來看，鎂合金高強度、低合金化含量的概念對鎂合金的設計和開發具有重要的影響。