镁合金顶刊《Journal of Magnesium and Alloys》：热处理调控镁锂合金微观组织以提高其耐腐蚀性能研究取得进展
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时间：2024-08-29
镁锂合金作为超轻结构用金属材料，在航空航天、电子产品和轨道交通等领域具有广阔的应用前景，但较低的力学性能和较差的耐蚀性能极大限制了其应用。在镁锂合金合金化元素中，Zn是常见的添加元素之一，它可以改善镁锂合金的机械加工性能、力学性能和耐蚀性能等，通过热处理可获得析出相θ'-MgLi2Zn，从而提高镁锂合金的力学性能。然而，亚稳的θ'相在室温下会逐渐转变为稳定的θ-MgLiZn相，导致镁锂合金的力学强度降低，产生典型的时效软化现象。虽然添加Zn元素后，第二相的演变规律及其对镁锂合金力学性能的影响机制已被报道，但热处理过程中第二相与基体亚结构的演变对镁锂合金耐腐蚀性能的影响研究较少，且相关机制不明确。
近日，我院韩恩厚院士研究团队与广东工业大学合作，在镁锂合金腐蚀机制研究方面取得重要进展，发现合适的热处理工艺可以调控镁锂合金中的第二相，进而显著改善了镁锂合金的耐蚀性。该研究成果以“Improving the corrosion resistance of an ultra-lightweight BCC Mg-Li-Zn alloy via controlling the microstructure by heat treatment”为题，发表在镁合金领域顶级期刊Journal of Magnesium and Alloys（IF：15.8）上，论文第一通讯作者为广东工业大学李传强副教授，共同通讯作者为广东省人民医院边东副研究员与我院闫昌建副研究员。
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该研究通过热处理调控铸态Mg-14Li-8Zn合金的微观结构，可显著提高其耐蚀性，掲示了不同微观结构合金的腐蚀机制。该研究成果不仅加深了对BCC结构Mg-Li-Zn合金微观结构演变与耐腐蚀性能的认识，也为高强高耐蚀超轻镁锂合金的设计和应用提供了重要的理论支撑，在材料设计及工程应用中具有重要指导意义。
该研究通过对BCC结构的Mg-14Li-8Zn合金进行热处理，获得三种不同状态合金的微观组织，从而系统研究了从铸态→固溶态→时效态合金的微观结构演变以及三者在0.1 mol/L氯化钠溶液中的腐蚀机制。结果表明，铸态合金中存在大量且连续的β-Li/θ'共晶相，在腐蚀过程中会发生强烈的微电偶腐蚀效应，并且基体中存在大量位错，导致晶格畸变，产生的局部应力会进一步降低合金的耐蚀性能。固溶处理后，合金基体中均匀分布着大量纳米析出相θ'，且基体中的位错明显减少，腐蚀过程也可形成较好的表面膜，展现出最优的耐腐蚀性能。时效处理后，θ'相长大并形成θ相，θ相与β-Li产生明显的微电偶腐蚀，并破坏了表面膜的完整性，故时效态合金的耐腐蚀性能低于固溶态合金，但仍优于铸态合金。
图1: （a, d, g）铸态、（b, e, h）固溶态和（c, f, i）时效态合金的微观组织
图2: 铸态和固溶态合金β-Li基体的HRTEM图、FFT图和应变图
图3：（a, d）铸态、（b, e）固溶态和（c, f）时效态合金在0.1 mol/L NaCl溶液中的腐蚀截面形貌
图4：（a-c）铸态和（d-f）时效态合金的SKPFM图
图5：三种状态合金的腐蚀机理示意图
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