鎂合金由于具有比強度高和低密度等特點，在航空航天，汽車工業(yè)、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而由于其固有的密排六方結(jié)構(gòu)，致使其延展性較差，獲得兼具高強度與高塑性的鎂合金也成為當(dāng)前研究的一個重要方向。前期研究結(jié)果表明，通過表面機械研磨處理（SMAT），在鎂合金表面引入梯度納米結(jié)構(gòu)，能夠顯著改善鎂合金的顯微硬度和耐磨性能，但會導(dǎo)致其塑性的顯著降低。
金屬所沈陽材料科學(xué)研究中心大灣區(qū)研究部呂堅院士及其合作者，在先前發(fā)現(xiàn)非晶包裹納米晶的超納雙相鎂合金可實現(xiàn)近理論強度（Nature 545, 80-83 (2017)）的基礎(chǔ)上，以AZ31合金為研究對象，首先使用SMAT在鎂合金表面得到梯度納米晶，再通過磁控濺射在合金表面沉積Mg基雙相金屬玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca），創(chuàng)新性的將納米雙相金屬玻璃與梯度納米晶結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，設(shè)計出全新多級結(jié)構(gòu)鎂合金。
研究結(jié)果表明，該合金屈服強度較原合金提升31%，達(dá)到230MPa，與SMAT鎂合金強度相當(dāng)；同時該合金的延伸率較SMAT鎂合金提升3倍，達(dá)到20%，恢復(fù)至未SMAT（粗晶）水平，從而實現(xiàn)了高強度與高塑性的有效結(jié)合。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，多級納米結(jié)構(gòu)鎂合金的優(yōu)異力學(xué)性能包括三種變形機制，包括：雙相金屬玻璃發(fā)生多重剪切帶與納米晶化，金屬玻璃阻擋納米晶層的裂紋延伸，以及SMAT納米晶層的晶粒長大。類似的新型納米結(jié)構(gòu)可以得到高強度高塑性銅。這一合金結(jié)構(gòu)設(shè)計理念有望在其他合金體系，特別是密排六方結(jié)構(gòu)合金中，實現(xiàn)高強度與高延伸性的結(jié)合，并指導(dǎo)未來新材料設(shè)計。