Mg-Li-Y-Zn合金的制备及其组织性能研究

发布时间：2020-03-18 11:48

【摘要】：Mg-Li合金作为迄今为止最轻的金属结构材料,在节能减排、追求轻量化的时代背景下,受到国防科技、航天航空、汽车、电器与通信、体育器材等诸多领域中的研究者和各级科技管理部门广泛的关注。但目前Mg-Li合金绝对强度较低,高温抗蠕变性能和耐腐蚀性也很差,大大制约了镁锂合金的应用。已有研究指出,在镁合金中添加入Y,不仅可以提高其常温力学性能,而且还可以形成具有较高熔点的第二相,改善合金的热稳定性。近年来,在Mg-Y-Zn系合金中发现的LPSO相因其对合金力学性能和耐高温及耐腐蚀性的显著改善作用,对其研究也越来越受关注。本论文以双相Mg-Li合金为研究对象,通过对掺法制备出Mg-6.5Li-xY-yZn试验合金,并对合金进行挤压变形制备挤压态试验合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)等手段对试验合金的微观组织进行表征及分析,研究了不同Zn、Y元素添加量对Mg-6.5Li-xY-yZn合金微观组织及力学性能的影响规律;探讨了挤压变形对合金组织及性能的影响规律,系统研究和分析了挤压态试验合金的腐蚀行为。主要的研究结果如下:(1)铸态Mg-6.5Li-xY-yZn试验合金的微观组织均主要由α-Mg相和β-Li相以及分布在α-Mg晶界和α-Mg/β-Li相界处的第二相组成。Zn、Y元素的加入对α-Mg相有明显的球化作用。(2)结合SEM能谱以及XRD物相分析,确定Mg-6.5Li-0.8Y合金中的第二相主要为Mg_2Y相;Mg-6.5Li-0.8Y-0.3Zn合金中呈精细条纹状的第二相为长程有序结构相X-Mg_(12)ZnY;Mg-6.5Li-1.0Y-1.0Zn合金中颗粒状弥散分布的第二相主要为W-Mg_3Zn_3Y_2相。(3)与铸态合金相比,挤压态合金的组织得到明显细化,沿挤压方向上,α-Mg相和β-Li相均被拉长为细条状,试验合金中的第二相也被破碎分布在α-Mg/β-Li相界处。室温拉伸试验结果显示,与铸态相比,挤压态试验合金的综合力学性能得到了较大提高。(4)采用腐蚀失重法、析氢集气实验等方法对挤压态Mg-6.5Li-xY-yZn合金的耐腐蚀性能进行了测试,结果表明:具有长程有序结构相的Mg-6.5Li-0.8Y-0.3Zn合金具有最好的耐腐蚀性能,其腐蚀失重速率最小,析氢速率也最小。在电化学性能测试中,通过测定三组试验合金的极化曲线得出:Mg-6.5Li-0.8Y-0.3Zn合金的自腐蚀电位最高,腐蚀电流最小,合金表现出良好的耐腐蚀性能。(5)通过SEM对挤压态试验合金在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡48 h的表面腐蚀形貌进行分析,结果显示:Mg-6.5Li-0.8Y-0.3Zn合金的耐腐蚀性能最好,表面呈均匀且细小的点蚀特征;耐腐蚀性能最差的Mg-6.5Li-0.8Y合金表面出现了大量很深的腐蚀坑,呈剥落状态;Mg-6.5Li-1.0Y-1.0Zn合金的表面则呈现出局部腐蚀的特征。
【图文】：

相图,镁锂合金,相图

合金的力学性能也将发生相应变化。如图1.1 所示，当 Li 含量小于 5.7 时，镁锂合金为（Li 在 Mg 内的固溶体）单相组织；当 Li 含量在 5.7~10.3% 时，镁锂合金为 +β 双相组织。各种成分的二元合金在固相温度范围内均不发生相变。因此，镁锂二元合金是典型的不可热处理合金，无法通过热处理提高合金的性能。图 1.1 镁锂合金相图Fig.1.1 The diagram of Mg-Li alloy1.1.2 镁锂合金的研究历史与现状[8-11]20 世纪初期，德国学者 Masing 首先发现了镁和锂相互作用时的相结构转变。20 世纪 40 年代中期，，美、德、英三国学者相继测定了 Mg-Li 二元相图。20 世纪60 年代，Freeth 等才提出了相对比较完整和精确的 Mg-Li 平衡相图

等温截面,合金,三元

庆大学硕士学位论文 1 绪出来，在合金基体中获得弥散析出的强化相，同时抑制锂元素的扩散，从而合金的强度以及耐高温性能。代表性的三元合金是 Mg-Li-Al 系和 Mg-Li-Zn 系①Mg-Li-Al 系合金Al 是 Mg-Li 合金中最主要的合金元素之一。铝的熔点（660℃）和镁相近，易于熔炼；铝的密度也较小，使其形成的合金密度增加的不多。Al 在固态 Mg 中有较大的固溶度，且随温度降低而显著减少。图 1.2 为 Mg-Li 200℃时的等温截面图。可以看出对于 Li<10%（原子百分比，下同）时的合金Al<3%时组织为单相，当Al<3%时组织为 +（γMg17Al12）。对于Li为10%~18合金，当 Al>1.5%~3% 时合金组织为 +η（AlLi）。对于 Li 含量为 18.4%~30%晶合金，当 Al<1.5% 时组织无明显变化，Al>1.5% 时合金组织为 +β+AlLi。 Li>30% 的 β 合金，Al<2% 时仍为单相 β 组织，Al>2%时可产生 AlLi 相。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】