[發明專利]高鋰含量超輕鎂鋰基合金力學和腐蝕性能的協同提升方法

有效

• 申請號: 202110559794.5
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113584364B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 王保杰
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22F1/06
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

高鋰含量超輕鎂鋰基合金力學和腐蝕性能的協同提升方法，所述合金的成分為8～14wt.％Li，主合金元素(Zn、RE和Zr等)含量總和低于8wt.％，夾雜元素(Fe和Cu等)含量總量低于0.001wt.％，余量為Mg。其制備方法為一種利用調控合金中β?Li基體相的表面暴露面積分數和基體相中彌散強化析出顆粒數量、尺寸和分布來協同提升力學和腐蝕性能的方法，特別是涉及一種能夠顯著提升鎂鋰基合金強度并大幅降低其腐蝕速率的大塑性加工和動態應變時效析出調控處理工藝制度。本發明在保證鎂鋰基合金塑性的同時，顯著提高鎂鋰合金的強度和耐蝕性，有效弱化了合金局部腐蝕的嚴重程度。本發明所用的設備簡單，成本較低，適用性廣，尺寸規格可調，操作簡單。

技術領域

本發明涉及適用于協同提升高鋰含量超輕鎂鋰基合金力學和腐蝕性能的有效方法及加工制備技術，特別是涉及滿足工程應用條件下鎂鋰合金具有較高綜合使役性能需求的控制方法。

背景技術

隨著國民經濟和科學技術的快速發展，迫切需要解決工程應用領域中存在的節能減排問題，使得裝備輕量化成為了當前經濟發展的主題。在這種輕量化需求的牽引下，為高性能輕質金屬材料的研發和工程應用提供了機會。相比而言，鎂鋰合金的密度最低，且具有較高的比強度和比剛度，使其在航空航天和國防軍工等高端制造領域具有較強的應用前景。可見，鎂鋰合金的規模化應用有望解決工程裝備整體的輕量化問題，并能極大提升設備操作的靈活性，最終有助于提升我國整體國民經濟和國防軍事水平。然而，傳統鎂鋰合金存在絕對工程強度低和耐腐蝕性能差的問題，致使其使役性能難以滿足工程構件的性能標準，難以得到實際工程應用。近年來，研究表明鎂鋰合金中的β-Li相在腐蝕過程中會在其表面產生較為致密的LiOH膜層，可對基體起到很好的防護作用。然而，對于合金中的α-Mg相而言，其表面形成的腐蝕產物Mg(OH)₂較為疏松，難以對基體起到防護效果。盡管純β-Li相具有較強的抗腐蝕能力，但其絕對強度較低，難以作為結構件使用。基于以上分析，若能在提高鎂鋰合金中β-Li相暴露面積的同時，采用動態應變時效處理在基體中形成一定數量的高效彌散強化析出相顆粒。另外，再結合大變形量的塑性變形加工技術，可對合金組織進行細化，并使基體因加工硬化而得到顯著強化。結合上述加工和處理手段，可以實現超輕鎂鋰基合金力學和腐蝕性能協同提升的效果，有效解決限制傳統鎂鋰合金性能不足的瓶頸問題，為解決國防軍工和高端裝備制造領域的輕量化問題提供了具有高使役性能的候選材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高鋰含量超輕鎂鋰基合金力學和腐蝕性能的協同提升方法，解決限制鎂鋰合金在工程應用領域中使役性能不足的瓶頸問題。

高鋰含量超輕鎂鋰基合金力學和腐蝕性能的協同提升方法，其特征在于：鎂鋰合金的成分為8～14wt.％Li，主合金元素(Zn：3～6wt.％、RE：1～2wt.％、Zr：0.8～1wt.％等)含量總和低于8wt.％，夾雜元素(Fe和Cu等)含量總量低于0.001wt.％，余量為Mg。

所述的合金需在300～500℃條件下均勻化處理2小時，確保合金中的大塊合金相得以固溶，殘留顆粒相的尺寸小于1μm。

所述的在室溫條件下，對鎂鋰基合金進行每道次壓下率為10-20％的軋制變形，直至板材的總壓下率為80％，嚴格控制大變形后β-Li基體相的長寬比大于20，暴露面積比高于60％。

所述的在100～200℃條件下進行動態應變時效析出處理1～5小時，其施加的拉伸應變量為0.2～0.5％，使基體相中形成分布均勻的納米尺度析出強化顆粒。

所述的其在室溫條件下0.1M NaCl溶液中的重量損失速率為0.1～0.5mg/cm²/day，腐蝕電流i_corr為1～5μA/cm²，宏觀表現為明顯的均勻腐蝕，其腐蝕表面高低差為10～50μm。同時，合金的屈服強度為250～300MPa，抗拉強度為290～360MPa，延伸率為20～40％，密度為1.40～1.65g/cm³。