上大《Scripta Mater》基于第一性原理计算，研究镁合金强化相！

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长周期堆垛有序（LPSO）相是镁合金中重要的强化相之一，针对该相的研究是过去十年间镁合金领域的一个热点问题。LPSO相包含18R、14H、12R、10H和24R等多种类型，其中12R是上海大学李谦教授团队最近发现的，该成果丰富了LPSO相的家族，并以封面文章的形式发表在J. Mater. Sci. Technol. 34 (2018) 2235。LPSO相类型的多样性以及合金中多类型LPSO相的共存使得可以通过调控LPSO相来改善镁合金性能。转变能是判断一个体系能否进行LPSO相调控的关键参数。而Peierls–Nabarro力和模量错配强化机制表明，弹性模量是影响第二相及合金塑性变形性能的重要参数。因此，研究各类型LPSO相之间的转变能及其弹性性能有助于指导LPSO相的合理调控以及合金性能的改善。

在前期工作基础上，近日，上海大学李谦教授团队利用第一性原理计算方法，研究了Mg-Zn-Y和Mg-Ni-Y体系中LPSO相的热力学稳定性，转变能以及弹性性能，揭示了不同类型LPSO相转变及共存的能量机理，分析了不同体系和类型LPSO相的强化效果。相关结果以“Elastic properties of long-period stacking ordered phases in Mg–Zn–Y and Mg–Ni–Y alloys: A first-principles study”为题发表于冶金及金属领域期刊《Scripta Materialia》上。论文第一作者为郭彦霖博士生，通讯作者为李谦教授和刘斌教授。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.12.016

研究发现，12R、10H和18R型LPSO相向14H型LPSO相的转变是能量支持的。但较小的转变驱动力为2H-Mg与12R、10H和18R相之间亚稳平衡的存在提供了可能。因此，可以通过调控LPSO相来改善Mg-Zn-Y和Mg-Ni-Y系合金的性能。多晶弹性模量结果表明，相比于同类型的Mg-Zn-Y系LPSO相，Mg-Ni-Y系LPSO相塑性更高，但对剪切变形抵抗较弱。基于模量错配强化机制的分析表明，当假定LPSO相尺寸和体积分数相同时，14H和18R分别是Mg-Zn-Y和Mg-Ni-Y体系中最有效的强化相；而当假定LPSO相尺寸和合金溶质原子分数相同时，两体系中14H均可提供最大的强度增量。

这项研究结果不仅有助于进一步理解LPSO相的强化机制，还可为含LPSO相镁合金力学性能的理性设计提供基础。