[发明专利]高锂含量超轻镁锂基合金力学和腐蚀性能的协同提升方法

说明书

高锂含量超轻镁锂基合金力学和腐蚀性能的协同提升方法，所述合金的成分为8～14wt.％Li，主合金元素(Zn、RE和Zr等)含量总和低于8wt.％，夹杂元素(Fe和Cu等)含量总量低于0.001wt.％，余量为Mg。其制备方法为一种利用调控合金中β‑Li基体相的表面暴露面积分数和基体相中弥散强化析出颗粒数量、尺寸和分布来协同提升力学和腐蚀性能的方法，特别是涉及一种能够显著提升镁锂基合金强度并大幅降低其腐蚀速率的大塑性加工和动态应变时效析出调控处理工艺制度。本发明在保证镁锂基合金塑性的同时，显著提高镁锂合金的强度和耐蚀性，有效弱化了合金局部腐蚀的严重程度。本发明所用的设备简单，成本较低，适用性广，尺寸规格可调，操作简单。

技术领域

本发明涉及适用于协同提升高锂含量超轻镁锂基合金力学和腐蚀性能的有效方法及加工制备技术，特别是涉及满足工程应用条件下镁锂合金具有较高综合使役性能需求的控制方法。

背景技术

随着国民经济和科学技术的快速发展，迫切需要解决工程应用领域中存在的节能减排问题，使得装备轻量化成为了当前经济发展的主题。在这种轻量化需求的牵引下，为高性能轻质金属材料的研发和工程应用提供了机会。相比而言，镁锂合金的密度最低，且具有较高的比强度和比刚度，使其在航空航天和国防军工等高端制造领域具有较强的应用前景。可见，镁锂合金的规模化应用有望解决工程装备整体的轻量化问题，并能极大提升设备操作的灵活性，最终有助于提升我国整体国民经济和国防军事水平。然而，传统镁锂合金存在绝对工程强度低和耐腐蚀性能差的问题，致使其使役性能难以满足工程构件的性能标准，难以得到实际工程应用。近年来，研究表明镁锂合金中的β-Li相在腐蚀过程中会在其表面产生较为致密的LiOH膜层，可对基体起到很好的防护作用。然而，对于合金中的α-Mg相而言，其表面形成的腐蚀产物Mg(OH)₂较为疏松，难以对基体起到防护效果。尽管纯β-Li相具有较强的抗腐蚀能力，但其绝对强度较低，难以作为结构件使用。基于以上分析，若能在提高镁锂合金中β-Li相暴露面积的同时，采用动态应变时效处理在基体中形成一定数量的高效弥散强化析出相颗粒。另外，再结合大变形量的塑性变形加工技术，可对合金组织进行细化，并使基体因加工硬化而得到显著强化。结合上述加工和处理手段，可以实现超轻镁锂基合金力学和腐蚀性能协同提升的效果，有效解决限制传统镁锂合金性能不足的瓶颈问题，为解决国防军工和高端装备制造领域的轻量化问题提供了具有高使役性能的候选材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高锂含量超轻镁锂基合金力学和腐蚀性能的协同提升方法，解决限制镁锂合金在工程应用领域中使役性能不足的瓶颈问题。

高锂含量超轻镁锂基合金力学和腐蚀性能的协同提升方法，其特征在于：镁锂合金的成分为8～14wt.％Li，主合金元素(Zn：3～6wt.％、RE：1～2wt.％、Zr：0.8～1wt.％等)含量总和低于8wt.％，夹杂元素(Fe和Cu等)含量总量低于0.001wt.％，余量为Mg。

所述的合金需在300～500℃条件下均匀化处理2小时，确保合金中的大块合金相得以固溶，残留颗粒相的尺寸小于1μm。

所述的在室温条件下，对镁锂基合金进行每道次压下率为10-20％的轧制变形，直至板材的总压下率为80％，严格控制大变形后β-Li基体相的长宽比大于20，暴露面积比高于60％。

所述的在100～200℃条件下进行动态应变时效析出处理1～5小时，其施加的拉伸应变量为0.2～0.5％，使基体相中形成分布均匀的纳米尺度析出强化颗粒。

所述的其在室温条件下0.1M NaCl溶液中的重量损失速率为0.1～0.5mg/cm²/day，腐蚀电流i_corr为1～5μA/cm²，宏观表现为明显的均匀腐蚀，其腐蚀表面高低差为10～50μm。同时，合金的屈服强度为250～300MPa，抗拉强度为290～360MPa，延伸率为20～40％，密度为1.40～1.65g/cm³。