含Cu镁锂合金组织与性能调控研究进展

镁锂合金具有超低密度、极高的比强度与比刚度、优异的电磁屏蔽性能及阻尼性能,目前广泛应用于追求轻量化的航空航天、新能源汽车、电子产品、生物医疗等领域。由于合金元素镁和锂均为活泼金属,在服役过程中镁锂合金会存在多种形式的腐蚀过程,同时二元镁锂合金强度较低,以上两点严重制约了其广泛应用。耐蚀涂层可以有效提高镁锂合金的腐蚀抗力,含铜镀层被证实能够提升镁锂合金耐蚀性。改善镁锂合金强度的工艺主要有合金化、热处理、加工变形等,其中合金化是最基本的强化手段。Cu合金化可以对镁锂合金中的组织与性能进行调控,改善镁锂合金的强度。本文对含Cu镁锂合金的研究进展及其应用情况进行综述,总结了目前含Cu镁锂合金耐蚀与力学性能的相关研究成果,重点梳理了铜元素在镁锂合金中的作用,为含Cu镁锂合金的实际应用提供一定的理论指导。     

镨对镁-锂合金微观组织及性能的影响

在LiCl-KCl-MgCl2电解质中加入Pr6O11,电沉积Mg-Li-Pr合金,实验条件:温度650℃,电流密度11 A·cm-2,Mg2+与Li+摩尔比1:9.1,研究了稀土镨对合金的微观组织及性能的影响.SEM及EDS分析表明Mg,Pr在合金中均匀分布.XRD、金相显微照片和显微硬度分析表明,在合金中镨以Mg3Pr的形式存在,随着锴的含量的增加,Mg-Li合金由α相转变为β相,同时晶粒的细化更加明显,机械性能得到提高.     

镁锂合金的组织结构及熔炼加工

镁锂合金因其优异的性能正在受到航空航天及兵器工业的广泛重视，而我国对镁锂合金的研究还很少。镁锂合金生产的难点在于熔铸工艺，只有严格控制工艺条件才能生产出合格的产品。镁锂合金的成分不同，合金中存在的相也不同，需要确定不同的加工工艺。     

Al-5.2Cu-0.4Mg-1.02Ag合金板材组织性能的研究

通过显微硬度测试、力学性能测试、透射电镜分析等于段研究了Al-5.2Cu-0.4Mg-1.02Ag合金板材存欠时效、峰时效、过时效的力学性能和显微组织.结果表明:合金主要强化相足Ω相和θ'相,它们之间存在竞相析出与长大的关系.欠时效时出现大量细小的Ω相和少量的θ'相,尺寸约为15 nm;峰时效时Ω相长大且θ"相增多,Ω相的体积分数达到最大值,尺寸约为40～60 nm,θ'相的尺寸约为40 nm;过时效Ω相体积分数有所减少而θ'相体积分数有所增加,θ'相尺寸约为70～100 nm,且有部分θ'相转变为θ相.峰时效时合金的抗拉强度和屈服强度达到最大值,断后延伸率随时效时间的延长有下降的趋势.     

Mg-3.5Li-6Al合金制备及高温力学性能研究

采用合金熔炼加热熔化高纯度原料、熔剂加混合气体联合保护的方式制备出Mg-3.5Li-6Al合金,并对其成分、物相、微观组织和室温及高温力学性能进行检测和分析。实验结果表明:此种方式制备的镁锂铝合金组织和力学性能均匀,主要由α-Mg和Al-Li相构成,Al-Li呈层片状分布。流变应力峰值随应变速率的增加而增加,且随温度的升高而减小。Mg-3.5Li-6Al合金的高温变形本构方程可用双曲正弦函数描述,合金在高温下的应变激活能为126 kJ/mol,应力指数为3.98,合金的变形受晶内扩散控制。     

Mg-8Li-3Gd-3Y-0.6Al镁合金的均匀化研究

为了提高Mg-8Li-3Gd-3Y-0.6Al合金铸锭的力学性能,对合金进行了均匀化退火处理。通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度测试、X射线衍射、拉伸力学性能测试等手段,研究了均匀化条件对Mg-8Li-3Gd-3Y-0.6Al合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金经773K 8h的均匀化处理后,铸态时的网状相完全溶解到基体中,第二相弥散分布在基体中,同时退火态合金的抗拉强度达到了154 MPa,比铸态合金提高了23%。合金最佳的均匀化退火工艺是773K 8h,此时该合金具有较好的综合力学性能。     

热轧变形量对MGH754合金板材组织和性能的影响

在相同的轧制温度下,通过组织分析和显微硬度分析的方法,研究了热轧工艺中不同的最后一火变形量对MGH754合金热轧态板材组织、退火态板材组织以及板材高温持久强度的影响。研究结果表明:最后一火变形量越高,热轧态板材组织能充分地进行动态再结晶,其晶粒越细小均匀;最后一火变形量越高,更有利于退火中二次再结晶的发生,生成粗大的盘状晶组织;板材的高温持久强度随着最后一火变形量的增大而升高。     

Mg-8Li合金的制备与制氢性能研究

在真空熔炼炉中制备了Mg-8Li二元合金,并研究了该合金在不同大气状态下的腐蚀情况以及温度和Cl-含量对水解制氢性能的影响。结果表明,相比于自然状况的大气条件下,Mg-8Li合金在潮湿空气中极易被氧化腐蚀;在高温下Mg-8Li合金的钝化膜由于水热改性作用会形成疏松多孔的结构而受到直接破坏;反应介质中Cl-含量增加,则Mg-8Li合金的水解性能增强。增加温度和反应介质中Cl-含量是改善Mg-8Li合金制氢性能的有效手段。     

热轧Al- Mg- Si合金厚度方向显微组织及织构梯度演化

通过拉伸试验、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)等研究Al-Mg-Si热轧板材沿厚度方向显微结构及织构的变化,结果表明织构类型沿表层至中心层出现明显的变化,表层主要为剪切织构r-cube{001}110;中心层表现出明显的平面应变织构特征,主要为沿着β取向线的C{112}111, S{123}634和B{011}211织构;过渡层由于粒子诱导形核(PSN)效应,再结晶晶粒倾向于沿着大尺度第二相粒子形核长大,使晶粒择优取向性减弱,造成织构取向密度的强散射和random织构P的生成。Cube织构在平面应变条件下更容易发生,中心层cube织构的形成是由于再结晶晶核与S变形织构存在着40°111的特殊位向关系,择优生长模型认为晶界具有很高的迁移速度,发生择优生长,吞并相邻的S织构。     

Nd对Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金组织、力学性能及腐蚀行为的影响

研究稀土Nd对均匀化态Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金组织、力学性能及腐蚀行为的影响.通过真空感应熔炼制备镁锂合金铸锭, 经均匀化处理(280 ℃, 24 h)得到均匀化态Mg-11Li-3Al-2Zn-xNd-0.2Zr(x=0, 0.5, 1.0, 1.5)合金.采用XRD和SEM分析合金的显微组织, 并对合金进行拉伸试验和断口分析.采用电化学法和析氢失重法研究合金在3.5 %NaCl溶液中的腐蚀行为.结果表明:Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金主要含有β-Li、AlLi、MgLi₂Al相, Nd的加入使合金中形成NdAl3相.随着Nd含量的增加, 合金的强度和塑性呈先增大后降低的趋势. Mg-11Li-3Al-2Zn-1Nd-0.2Zr合金表现出较优的力学性能, 其抗拉强度和延伸率相对于Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金分别提高了28.8 %和51.3 %.稀土Nd的添加使合金的耐蚀性能提高.      

镁板材轧制工艺及性能

目前全世界镁合金加工材的产量约20kt／a，其量虽少，却很重要，在航空航天器、赛车、电子产品等的关键零部件中获得了应用。本文对镁合金板材的轧制工艺及性能进行了全面的论述。     

再结晶退火对TC4合金板材性能的影响

研究了在不同温度与不同时间下TC4合金板材的再结晶退火对其显微组织和室温力学性能的影响。利用再结晶退火消除加工硬化和调节显微组织,使其达到较好的室温力学性能,总结出TC4合金板材较合理的再结晶退火制度。     

2099铝锂合金均匀化退火的微观组织及Al3Zr析出分析

研究2099铝锂合金铸态及均匀化处理后的微观组织和成分分布以及该合金最佳均匀化处理状态时Al3Zr的析出情况。结果表明:2099铝锂合金铸态的微观组织存在严重的枝晶偏析,很多低熔点共晶相分布在晶界,合金中Cu和Mg元素在晶界分布不均匀;经过一系列不同温度和时间的均匀化处理后,2099铝锂合金铸态微观组织中的非平衡相逐渐溶解,各元素分布趋于均匀;2099铝锂合金的过烧温度为515℃,最佳的均匀化制度为505℃/24 h;经该制度均匀化处理后,Al2CuMg、Al2CuLi和AlLi相大部分回溶进α(Al)基体中,通过透射电镜可观察到Al3Zr析出相以及α(Al)基体的超点阵结构;并且该均匀化制度与均匀化动力学方程得到的结论基本一致。     

Ca含量对Mg-8Sn合金组织与力学性能的影响

利用金相显微镜(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段观察分析了铸态Mg-8Sn-xCa合金组织,并且通过显微硬度及压缩强度等性能,研究Ca含量对Mg-8Sn合金力学性能的影响。研究发现,Ca的添加使得Mg-8Sn合金组织中形成明显的棒状及针状CaMgSn相,随着Ca含量的增加,CaMgSn相尺寸明显变大,并且其有效细化了基体的晶粒尺寸。Ca含量的添加使得合金强度明显提高,但使合金塑性降低;Mg-8Sn-1Ca合金在强度明显提高的同时,保持了较好的塑性;当Ca含量大于1%时,合金强化效果减弱,材料塑性下降明显。     

预先退火工艺对2A96铝锂合金组织和性能的影响

研究了预先退火温度和保温时间对2A96铝锂合金的力学性能和组织的影响,确定了该合金的预先退火工艺为460℃/2h,在工业化生产中已经得到了应用。     

镁锂合金表面含碳陶瓷层的摩擦性能

通过在Na₂SiO₃-KOH基础电解液中加入石墨烯添加剂,在镁锂合金表面制备出一层自润滑的含碳陶瓷层. 利用扫描电镜、原子力显微镜以及X射线衍射仪分析了陶瓷层的表面形貌、粗糙度以及物相组成,利用摩擦磨损试验仪对陶瓷层在室温下的摩擦学性能进行研究. 其结果表明,加入石墨烯后制备出的含碳陶瓷层表面放电微孔分布均匀,且其微孔尺寸和表面粗糙度均明显降低. 相比于镁锂合金,陶瓷层的表面硬度也得到明显的提高. 此外,含碳陶瓷层主要由SiO₂、Mg₂SiO₄以及MgO物相组成,而石墨烯则以机械形式弥散分布于陶瓷层中并起到减摩作用. 当石墨烯体积分数为1%时,陶瓷层表面显微硬度为1317.6 HV_{0.1 kg},其摩擦系数仅为0.09,其耐磨性明显提高. 同时,陶瓷层磨痕的深度和宽度均明显小于镁锂合金,而且较为光滑,表明陶瓷层表面没有发生严重的黏着磨损.     

2197铝锂合金的组织和性能

通过力学性能测试和显微组织观察研究了2197合金组织和性能之间的关系。结果表明,2197合金具有中等强度,小的各向异性,强的热稳定性。该合金在T8状态下能获得最佳的强度和塑性配合,在T6峰时效状态以析出少量δ′相、θ′相和T_1相联合强化为主。在2197合金的相组成中,T_1相析出数量不占主导地位,Al_6Mn弥散质点的析出有利于减小各向异性。2197合金中Li含量较低,使其呈现较强的热稳定性。     

退火对Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷轧板组织与性能的影响

制备了Al-6.0Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金冷轧板材,并对板材进行了不同退火温度和不同退火时间的退火试验,测试退火处理后的合金显微硬度,并采用TEM对合金显微形貌进行分析.结果表明:合金在低于250℃退火时,主要发生回复现象,合金再结晶起始温度为250℃,再结晶终了温度为325℃,且在175℃长时间退火合金易于沿胞状组织的胞壁析出Al3Mg2相.合金中复合添加Er和Zr形成细小弥散的Al3 (Er,Zr)质点,与基体共格,可钉扎位错,稳定亚结构,阻碍亚晶长大及晶界的迁移,从而抑制合金的再结晶,提高合金的热稳定性.     

Cu含量对Mg-2Zn合金组织及性能影响研究

利用光学显微镜(OM)、 X射线衍射仪(XRD)、布氏硬度计、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及Gleeble-1500D热模拟试验机等研究了Cu含量对Mg-2Zn合金显微组织及塑性变形行为的影响。获得了真应力-真应变曲线,进而得到了不同合金在不同变形条件下的动态再结晶临界条件。结果表明:铸态合金主要由α-Mg和共晶组织构成,其主要的第二相为MgCuZn相,随着Cu含量增加,合金中共晶组织体积分数不断增多,晶粒尺寸减小,硬度值升高;热压缩过程中高温时合金的流变应力峰值低于低温,高温促进了合金中位错运动; Cu含量的增加同样会降低合金的峰值应力, Cu含量高的合金经固溶处理后基体中Zn含量逐渐下降,对位错的阻碍作用减弱;合金应力-应变曲线和显微组织均表现出典型的动态再结晶特征,动态再结晶临界应力值随温度升高以及Cu含量增加均降低,合金再结晶程度随之增加;而且合金中MgCuZn相越多,合金的再结晶比例越高。