地球上丰富的镁资源及其应用难题

地球上镁的资源储量非常丰富，约占地壳质量的2％，占海水质量的0.14％。由于镁又可以回收利用，因此被称为是“用之不竭”的金属材料。

镁在工程金属中最显著的特点是密度小。镁的密度仅为1.738g/cm³，约为钢的2/9，铝的2/3，钛的2/5。镁及其合金还具有比刚度、比强度高，抗振性能好，高导热性、高负电性、抗辐射能力强等一些明显的性能优势，必将发展为应用十分广泛的金属结构材料和功能材料^[1]。

然而，目前在实际工业生产中，镁及其合金并没有得到广泛应用。“在材料领域中还没有任何一种材料像镁那样，潜力与现实有如此大的颠倒”^[2]。其主要原因是：一方面，由于镁及其合金为密排六方的晶体结构，常温下晶体中只有（0001）基面上的三个滑移系，因此塑性变形能力较差。至今主要通过铸造成形方法来加工产品，而变形加工产品很少。对于金属材料而言，变形产品的综合力学性能要优于铸造产品，其用途和产量也远远超过铸造产品，而镁及其合金至今都未能达到这一水平。另一方面，由于镁的活性很高，在大气环境中就极易在其表面形成一层氧化镁薄膜，但这层MgO薄膜不致密，不能起到对基体保护的作用，因此镁及其合金的耐腐蚀性能较差，镁合金零件的使用寿命很短，必须进行可靠的表面处理后才能使用。这两大问题是目前镁及其合金得以广泛应用的最大障碍。(www.xing528.com)

汽车工业、航天事业、3C产品的飞速发展对轻量化、高效率提出了越来越高的要求。在金属基复合材料领域，镁基复合材料以其轻质、比强度和比刚度高、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等特点，在汽车工业、航空、航天、3C产品等领域拥有广泛的应用前景^[3]。但是与镁基体材料相比，复合材料的塑性更差，常温下的延伸率一般都在10％以下，这使得镁基复合材料的应用受到了极大的限制。为了改善镁基复合材料的塑性，通常采用深度塑变技术（Severe PlasticDeformation，SPD）工艺来细化镁基复合材料的基体晶粒组织^[4]。近年来，通过深度塑变技术（SPD）制备块体超细晶结构材料受到越来越多的关注。深度塑性变形技术有着一些无法比拟的优势，它能够避免材料中出现孔洞、杂质等缺陷，并且能够制备大体积的超细晶金属结构材料^[4]。而等径角挤压（Equal ChannelAngular Pressing，ECAP）工艺由于在实现深度塑性变形时不改变试样的外形尺寸，从而更容易获得超细晶粒^[5]。等径角挤压（ECAP）变形技术是一种利用大剪切变形来细化材料晶粒组织的有效方法，能够获得超细晶结构（亚微米级甚至纳米级），为提高材料的综合力学性能、发展新材料和改善传统材料性能创造了条件^[6]。由于其设备工艺简单，所以得到广泛的应用。它不仅可以应用于制备纳米结构合金，也被应用于改善金属基复合材料的性能^[7]。ECAP变形工艺可以有效地使增强体均匀化地分布在被加工金属的基体中，可以有效地细化复合材料基体的晶粒组织，改善其塑性变形性能^[7-10]。但是，至今为止，其应用仅限于铝基复合材料，针对镁基复合材料的应用报道很少，特别是对碳纳米管增强镁基复合材料的加工研究还未见报道。因此，利用等径角挤压（ECAP）变形技术来细化碳纳米管增强镁基复合材料的基体晶粒组织，改善碳纳米管增强相在镁基体中的分散性，提高复合材料的综合力学性能，丰富ECAP技术在镁基复合材料中的应用具有非常重要的实际意义。