多级梯度结构协同调控的Zn-1.5Cu-0.5Ag-0.1Zr合金：强度-塑性-耐蚀性三重突破及其生物医学应用潜力

本文推荐：作者通过超声表面滚压技术（USRP）在Zn-1.5Cu-0.5Ag-0.1Zr合金中构建了多级梯度结构（晶粒/孪晶/第二相梯度），实现了强度（YS>200 MPa）-塑性（EL>15%）-耐蚀性（CR低至20.86 μm/年）的协同提升。该研究为可降解植入物（如血管支架）提供了表面强化新策略，揭示了梯度结构通过位错-孪晶交互作用、残余压应力和晶界密度调控性能的机制。

　　

亮点

多级梯度结构（晶粒/孪晶/第二相梯度）的协同设计，使Zn-1.5Cu-0.5Ag-0.1Zr合金实现"鱼与熊掌兼得"：强度提升的同时，腐蚀速率从铸态的108.11 μm/年骤降至20.86 μm/年，塑性还蹭蹭涨！这波操作堪称可降解金属界的"变形金刚"。

材料制备

实验选用课题组前期开发的铸态Zn-1.5Cu-0.5Ag-0.1Zr合金（妥妥的"学霸配方"），经过350℃×8h固溶处理后，用MLV856型USRP设备进行表面改造。就像给金属做"超声按摩"，高频冲击让表面秒变纳米晶。

表面粗糙度与残余应力

USRP处理后，表面划痕集体"美颜"——0.20 mm压下量时粗糙度（Ra）降到0.11 μm，堪比"金属镜面"。更妙的是，表面残余压应力随着压下量增加而增强，就像给材料穿上一层"防腐蚀铠甲"。

微观结构演变

电镜下的梯度结构宛如"千层蛋糕"：

1. 纳米晶层（表面）：USRP锤击产生的"金属超细粉底"

2. 细晶孪晶层：充满位错墙和交叉孪晶的"防弹衣中间层"

3. 变形晶粒层：CuZn₅相梯度分布的"能量缓冲带"

4. 原始晶粒层（心部）：保留良好塑性的"柔软内芯"

结论

(1) USRP在0.20 mm压下量时达成最佳表面光洁度，残余压应力随压下量增加而增强，就像"压力越大，防护越强"的金属健身法则。

(2) 多级梯度结构的形成源自四大"变形秘籍"：孪晶细化、位错滑移、等轴亚晶和再结晶的协同作用。

(3) USRP-0.30样品展现出最优力学性能组合，其强化机制堪比"金属版太极"——梯度结构巧妙平衡强度与塑性。