journal article·2024-05Open access

Towards designing high mechanical performance low-alloyed wrought magnesium alloys via grain boundary segregation strategy: A review

Zhi Zhang, Jinshu Xie, Jinghuai Zhang, Xu-Sheng Yang, Ruizhi Wu

Journal of Magnesium and Alloys· Volume 12· Issue 5

Abstract

Low-alloyed magnesium (Mg) alloys have emerged as one of the most promising candidates for lightweight materials. However, their further application potential has been hampered by limitations such as low strength, poor plasticity at room temperature, and unsatisfactory formability. To address these challenges, grain refinement and grain structure control have been identified as crucial factors to achieving high performance in low-alloyed Mg alloys. An effective way for regulating grain structure is through grain boundary (GB) segregation. This review presents a comprehensive summary of the distribution criteria of segregated atoms and the effects of solute segregation on grain size and growth in Mg alloys. The analysis encompasses both single element segregation and multi-element co-segregation behavior, considering coherent interfaces and incoherent interfaces. Furthermore, we introduce the high mechanical performance low-alloyed wrought Mg alloys that utilize GB segregation and analyze the potential impact mechanisms through which GB segregation influences materials properties. Drawing upon these studies, we propose strategies for the design of high mechanical performance Mg alloys with desirable properties, including high strength, excellent ductility, and good formability, achieved through the implementation of GB segregation. The findings of this review contribute to advancing the understanding of grain boundary engineering in Mg alloys and provide valuable insights for future alloy design and optimization.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Magnesium Alloys: Properties and Applications · Aluminum Alloys Composites Properties · Microstructure and mechanical properties

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

References (100+)

Show source-provided references
1. Yang · J. Magnes. Alloy. · 2021 · 9 · 70510.1016/j.jma.2021.04.001 ↗
2. Xie · J. Magnes. Alloy. · 2021 · 9 · 4110.1016/j.jma.2020.08.016 ↗
3. Yang · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 261110.1016/j.jma.2023.07.011 ↗
4. Zhang · J. Magnes. Alloy. · 2018 · 6 · 27710.1016/j.jma.2018.08.001 ↗
5. Pan · Acta Mater. · 2020 · 186 · 27810.1016/j.actamat.2020.01.017 ↗
6. Zhang · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 386710.1016/j.jma.2023.11.007 ↗
7. Wang · J. Magnes. Alloy. · 2023
8. Xu · Nat. Mater. · 2015 · 14 · 122910.1038/nmat4435 ↗
9. Zhu · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 583810.1038/s41467-022-33480-w ↗
10. Wang · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 7810.1016/j.jma.2022.10.001 ↗
11. Luo · Acta Mater. · 2020 · 183 · 39810.1016/j.actamat.2019.11.034 ↗
12. Zhang · Int. J. Plast. · 2023 · 162
13. Pan · Acta Mater. · 2018 · 149 · 35010.1016/j.actamat.2018.03.002 ↗
14. Zhang · Scr. Mater. · 2022 · 20910.1016/j.scriptamat.2021.114414 ↗
15. Zeng · Metall. Mater. Trans. A · 2019 · 50A · 434410.1007/s11661-019-05318-6 ↗
16. Liu · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 55310.1016/j.jma.2021.05.010 ↗
17. Wan · Acta Mater. · 2020 · 200 · 27410.1016/j.actamat.2020.09.024 ↗
18. Ji · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 338210.1016/j.jma.2022.03.014 ↗
19. Bian · Acta Mater. · 2018 · 158 · 27810.1016/j.actamat.2018.07.057 ↗
20. Zheng · Acta Mater. · 2020 · 198 · 3510.1016/j.actamat.2020.07.055 ↗
21. Zeng · Acta Mater. · 2021 · 20610.1016/j.actamat.2021.116648 ↗
22. Zeng · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 97210.1038/s41467-017-01330-9 ↗
23. Wang · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1710010.1038/srep17100 ↗
24. Zhu · Prog. Mater. Sci. · 2023 · 13110.1016/j.pmatsci.2022.101019 ↗
25. Wu · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 346310.1016/j.jma.2023.09.029 ↗
26. Rezaei · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 381510.1016/j.jma.2023.07.017 ↗
27. Zeng · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 53310.1016/j.jma.2021.05.022 ↗
28. Hall · Proc. Phys. Soc. Lond. Sect. B · 1951 · 64 · 74710.1088/0370-1301/64/9/303 ↗
29. Hansen · Scr. Mater. · 2004 · 51 · 80110.1016/j.scriptamat.2004.06.002 ↗
30. Zhang · Int. J. Miner. Metall. Mater. · 2021 · 28 · 3010.1007/s12613-020-2190-1 ↗
31. Razavi · Scr. Mater. · 2012 · 67 · 43910.1016/j.scriptamat.2012.05.017 ↗
32. Wang · Mater. Sci. Eng. A · 2021 · 820
33. Wang · Int. J. Plast. · 2023
34. Liu · Int. J. Plast. · 2022 · 157
35. Zha · Mater. Res. Lett. · 2023 · 11 · 77210.1080/21663831.2023.2235375 ↗
36. Li · J. Magnes. Alloy. · 2021 · 9 · 155610.1016/j.jma.2021.01.008 ↗
37. Jin · J. Magnes. Alloy. · 2022 · 10 · 119110.1016/j.jma.2022.04.002 ↗
38. Luo · Scr. Mater. · 2012 · 66 · 78510.1016/j.scriptamat.2012.02.008 ↗
39. Zhang · J. Mater. Res. Technol. · 2022 · 21 · 16110.1016/j.jmrt.2022.08.174 ↗
40. He · Nat. Commun. · 2021 · 12 · 72210.1038/s41467-021-21104-8 ↗
41. Xie · Nano Lett. · 2021 · 21 · 964210.1021/acs.nanolett.1c03448 ↗
42. Lu · Science · 2009 · 324 · 34910.1126/science.1159610 ↗
43. Yu · Science · 2017 · 358 · 9710.1126/science.aam8256 ↗
44. Nie · Science · 2013 · 340 · 95710.1126/science.1229369 ↗
45. Shi · Scr. Mater. · 2016 · 112 · 13610.1016/j.scriptamat.2015.09.033 ↗
46. Xiao · Scr. Mater. · 2021 · 191 · 21910.1016/j.scriptamat.2020.08.040 ↗
47. Xiao · Scr. Mater. · 2020 · 177 · 6910.1016/j.scriptamat.2019.10.012 ↗
48. Xiao · J. Magnes. Alloy. · 2022 · 10 · 251010.1016/j.jma.2021.06.018 ↗
49. Wang · Scr. Mater. · 2022 · 209
50. Zhou · Philos. Mag. · 2014 · 94 · 240310.1080/14786435.2014.913115 ↗
51. Zhang · Scr. Mater. · 2014 · 80 · 1710.1016/j.scriptamat.2014.02.004 ↗
52. Shang · Acta Mater. · 2014 · 67 · 16810.1016/j.actamat.2013.12.019 ↗
53. Ju · J. Mater. Res. Technol. · 2023 · 24 · 855810.1016/j.jmrt.2023.05.086 ↗
54. Zeng · Acta Mater. · 2016 · 105 · 47910.1016/j.actamat.2015.12.045 ↗
55. Jang · J Alloy. Compd. · 2022 · 89410.1016/j.jallcom.2021.162539 ↗
56. Pei · Scr. Mater. · 2023 · 23010.1016/j.scriptamat.2023.115432 ↗
57. Shao · Acta Mater. · 2016 · 118 · 17710.1016/j.actamat.2016.07.054 ↗
58. Nie · Acta Mater. · 2008 · 56 · 606110.1016/j.actamat.2008.08.025 ↗
59. Zhao · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 324310.1038/s41467-019-10921-7 ↗
60. Zhou · Acta Mater. · 2015 · 95 · 2210.1016/j.actamat.2015.05.020 ↗
61. Wu · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 376510.1016/j.jma.2022.03.003 ↗
62. Xie · Nano Lett. · 2021 · 21 · 287010.1021/acs.nanolett.0c05008 ↗
63. Guan · Sci. Rep. · 2019 · 9 · 715210.1038/s41598-019-43415-z ↗
64. Zhao · J. Magnes. Alloy. · 2021 · 9 · 81810.1016/j.jma.2020.02.026 ↗
65. Trang · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 252210.1038/s41467-018-04981-4 ↗
66. Hua · Materialia · 2020 · 1410.1016/j.mtla.2020.100918 ↗
67. Pei · Acta Mater. · 2021 · 20810.1016/j.actamat.2021.116749 ↗
68. Zhang · Mater. Sci. Eng. A · 2022 · 831
69. Woo · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 54310.1016/j.jma.2022.12.004 ↗
70. Pei · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 231210.1016/j.jma.2023.06.008 ↗
71. Sasaki · Scr. Mater. · 2022 · 22010.1016/j.scriptamat.2022.114924 ↗
72. Lai · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 451310.1016/j.jma.2023.08.013 ↗
73. Hu · J. Magnes. Alloy. · 2022 · 10 · 271710.1016/j.jma.2022.07.010 ↗
74. Bao · J. Magnes. Alloy. · 2023
75. Menon · Acta Mater. · 2024 · 26410.1016/j.actamat.2023.119515 ↗
76. Zhang · Int. J. Plast. · 2023 · 166
77. Yang · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 449810.1016/j.jma.2023.06.013 ↗
78. Koju · Acta Mater. · 2020 · 201 · 59610.1016/j.actamat.2020.10.029 ↗
79. Lejcek · 2010
80. Zhang · Surf. Interfaces · 2023 · 41
81. Sun · J. Magnes. Alloy. · 2023 · 11 · 458910.1016/j.jma.2022.04.003 ↗
82. Xu · Acta Mater. · 2022 · 22610.1016/j.actamat.2022.117640 ↗
83. Guttmann · 1979
84. Fowler · 1939
85. Zhou · Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. · 2016 · 20 · 26810.1016/j.cossms.2016.05.001 ↗
86. Guttmann · 1983 · 465
87. Guttmann · Metall. Trans. · 1974 · 5 · 16710.1007/BF02642941 ↗
88. Gas · Acta Metall. · 1982 · 30 · 130910.1016/0001-6160(82)90150-X ↗
89. Grabke · Scr. Metall. · 1987 · 21 · 132910.1016/0036-9748(87)90108-6 ↗
90. Briant · Scr. Metall. · 1981 · 15 · 101310.1016/0036-9748(81)90245-3 ↗
91. Lee · Metall. Trans. A · 1984 · 15 · 141510.1007/BF02648571 ↗
92. Briant · Acta Metall. · 1984 · 32 · 203110.1016/0001-6160(84)90182-2 ↗
93. Bian · Acta Mater. · 2022 · 24110.1016/j.actamat.2022.118393 ↗
94. Mouhib · Mater. Sci. Eng. A · 2022 · 84710.1016/j.msea.2022.143348 ↗
95. Luo · Scr. Mater. · 2023 · 23610.1016/j.scriptamat.2023.115672 ↗
96. Yan · J. Mater. Sci. Technol. · 2021 · 93 · 10310.1016/j.jmst.2021.03.054 ↗
97. Christien · Acta Mater. · 2003 · 51 · 52110.1016/S1359-6454(02)00435-4 ↗
98. Cahn · Acta Metall. · 1962 · 10 · 78910.1016/0001-6160(62)90092-5 ↗
99. Lücke · Acta Metall. · 1971 · 19 · 108710.1016/0001-6160(71)90041-1 ↗
100. Hoseini-Athar · J. Alloys Compd. · 2019 · 806 · 120010.1016/j.jallcom.2019.07.347 ↗