9月25日，中北大学材料学院教育部铝镁材料协同创新中心赵宇宏教授团队在国际顶刊Acta Materialia发表报道“Serrated grain boundary modulation inhibits nano cracks propagation in pure magnesium: a phase field crystal and quasi in-situ EBSD study”（晶体相场与原位实验研究锯齿晶界抑制纯镁纳米裂纹）。Acta Materialia 是金属材料领域公认的“圣杯”，此次是中北大学首次以第一单位在该期刊发表报道，标志着中北大学的金属材料研究水平取得重要突破、迈上了一个新台阶。第一作者为李欢庆博士，通讯作者赵宇宏教授。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121573
金属材料热轧过渡区由于孪晶脱孪导致产生锯齿状晶界，锯齿状晶界相较于直晶界有利于阻碍裂纹扩展，通过保留轧制过渡段可得到含锯齿状晶界样品。在密排六方结构镁合金中裂纹容易在晶界和孪晶界成核，而后沿晶界或孪晶界扩展，可能导致材料灾难性失效。已有理论认为锯齿型晶界由于法向分解拉应力较低而具有抵抗晶间裂纹扩展能力以及可以改变沿晶裂纹扩展路径能力等，然而锯齿型晶界特征对纳米裂纹的影响机理仍未能明晰。
该工作首次进行晶体相场单模近似建模表征镁{0001}面原子分布结合准原位电子背散射衍射与高分辨透射电镜表征，在原子尺度和扩散时间尺度分析材料过程的热力学和动力学，揭示了纯镁中纳米裂纹萌生机理、沿锯齿型晶界扩展原因、加载方向对沿晶断裂影响与应变有关等，并提出了位错锁定阻碍裂纹扩展机制的几何相容因子计算方法、位错背向运动引起晶粒旋转是促进裂纹连通的主要机制等。该工作在原子尺度相场建模与电镜表征结合技术方面取得重要突破，对研究如何抑制镁合金中裂纹、提高镁及镁合金乃至金属材料的力学性能具有重要指导意义。
中北大学教育部共建铝镁材料协同创新中心，拥有国家高层次人才2名以及全国优秀教师、国家百千万人才、国务院特殊津贴等，中心协同了山西省镁合金产业技术创新战略联盟、山西省先进钢铁材料重点科技创新平台、新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室、轨道交通新材料铸件成型国家地方联合工程研究中心、山西省先进金属智能制造工程研究中心等7家省级平台。
中心秉持“脚踏实地、仰望星空”的科研理念，以“基础研究”与“转化应用”作为实验室“车之两轮、鸟之双翼”，推动从源头到终端高效贯通式科研创新。针对铝、镁合金及钢铁材料的冶炼、铸造、增材制造领域共性问题，进行涵盖材料及结构设计、冶炼、凝固、半固态/液态成型技术研究，在理论创新和应用转化方面取得多项重要突破。首次提出统一相场建模理论，并应用于半固态加压铸造工艺、耐热钢/锚杆杠材料和连铸工艺设计；研发了材料工艺智能设计软件EasyPhaseCast和国内外首台套半固态+多功能挤压铸造设备；联合航天五院设计制备了卫星支架复杂镂空铸件，93大阅兵导弹尾端喷管等。发表了Science Advances、Acta、JMST，IJP，JMA等300余篇学术论文，授权国家发明专利80余项，登记软件著作权20余件，获得省部级科技一等奖9项。
图 (a) 扫描电镜下的裂纹；(b, c) 晶界取向分布；(d) 1/2<11-20>几何必要位错分布；(e) 取向与位错的线扫；(f)滑移轨迹和Schmidt因子计算；(g-l) 裂纹形核与扩展过程的晶体相场模拟；(m) {000}上的位错与Burgers矢量关系示意图；(n) 位错增殖与传播路径示意图；(o) 裂纹扩展引起晶粒旋转示意图
