块状与层状LPSO相协同增强可溶Mg-Gd-Ni合金力学性能与降解速率的机制研究

本文系统研究了含块状与层状长周期堆垛有序（LPSO）相的可溶镁合金，通过调控LPSO相体积分数与数密度（VFND），揭示了其协同强化力学性能（UTS达413 MPa）与加速降解（93°C KCl溶液中145.8 mg·cm?2·h?1）的机制，为高性能可降解镁合金设计提供关键理论依据。

　　

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Materials and preparation

Mg-Gd_x-Ni_x（x = 0.75, 1.5, 2 at.%）合金采用高纯镁（99.97%）、Mg-Gd（26.38%）和Mg-Ni（26.18%）中间合金制备，熔炼在SF₆（1 vol.%）/CO₂（99 vol.%）保护气氛中进行。原料经精确称量后装入耐钢坩埚，加热至完全熔化并保温搅拌，随后浇铸成锭，经固溶处理（500°C/12 h）和热挤压（350°C，挤压比25:1）获得最终试样。

Microstructure evolution of alloys

热态挤压前合金的显微结构（图4a、d、g）显示其由块状第二相和晶内层状析出相组成。随Gd/Ni含量增加，块状第二相体积分数（V_BSP）从14.2%增至35.3%，层状相数密度同步上升。挤压后，动态再结晶（DRX）程度随LPSO相含量增加而降低，EVN2合金呈现典型的再结晶/变形晶粒双模态结构。

Strengthening mechanism of as-extruded alloys

挤压态合金的强化机制归因于多尺度协同作用：块状LPSO相通过载荷传递效应强化基体，层状LPSO相钉扎晶界并诱发高密度位错（图14d），同时细晶强化（晶粒<1 μm）与固溶强化共同贡献强度提升。EVN2合金的极高位错密度（ρ ≈ 1.2×10¹⁵ m?2）进一步增强了其力学性能。

Conclusions

1. 1.

   随块状与层状LPSO相VFND增加，合金从完全动态再结晶结构转变为再结晶/变形双模态结构；

2. 2.

   双相LPSO协同作用显著提升强度与降解速率，EVN2合金表现最优综合性能；

3. 3.

   力学强化源于LPSO相协同强化、位错密度提升及细晶效应；

4. 4.

   高降解速率由LPSO相与镁基体间的电偶腐蚀效应主导。