合金化及轧制变形对双相镁锂合金力学和腐蚀行为影响的研究

摘要

Mg-Li合金作为目前最轻的结构用金属材料，凭借比刚度高、加工变形能力强和抗电磁干扰能力强等优点，在航天航空、医疗军事等领域有着广阔的应用前景，但其绝对强度低、力学以及腐蚀各向异性明显和耐蚀性差等缺点严重阻碍了它的发展。因此，研究镁锂合金的力学及腐蚀行为具有重大的应用价值和理论意义。本文综合利用微观结构表征、力学实验以及腐蚀实验等系统研究了准晶相（Ⅰ相）以及轧制变形对Mg-8Li基合金的力学与腐蚀行为的影响规律，为后续实验研究以及镁锂合金服役条件的提供了一定理论基础。 通过对比研究发现由于Ⅰ相能阻碍位错运动，铸态Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金的屈服强度比Mg-8Li合金高了91.64%，但塑性下降了28.78%。在热轧过程中，Ⅰ相碎化，α-Mg相沿轧制方向被轧长、逐渐碎化，β-Li相发生聚集；Mg-8Li合金破碎的晶粒在保温过程中长大，晶粒尺寸差异较大且轧制态Mg-8Li合金双相都产生了较大的织构效应。与压下率为33%时相比，压下率为90%的Mg-8Li合金的晶粒在轧制方向（RD）和横向方向（TD）上c轴都处于“软取向”，合金在两方向上的屈服强度都降低约25MPa，延伸率分别提高了31%和7.5%，力学各向异性明显；由于Ⅰ相促使合金发生完全再结晶，晶粒尺寸小且均一，合金发生细晶强化，碎化的Ⅰ相弥散分布使合金产生第二相强化并且晶粒在RD和TD方向上c轴都处于“硬取向”，Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金RD与TD方向上屈服强度提高约20MPa，延伸率提高约10%；由于Ⅰ相削弱了织构效应，合金在两取向上力学各向异性较弱。随着冷轧压下率由33%增加到90%，Mg-7Li合金加工硬化效果也越明显，α-Mg相和β-Li相硬度分别提高了7.35%和20.75%；合金强度提高了43MPa，延伸率下降了7%。 通过对比研究发现铸态Mg-8Li合金轧制后，由于晶粒碎化及合金相产生织构效应，合金耐蚀性提高。轧制态Mg-8Li合金腐蚀分为两个阶段：第一阶段Mg-8Li合金耐蚀性随压下率的增加而降低，主要因为α-Mg相碎化程度越高与β-Li相产生更多电偶腐蚀，其中腐蚀主要萌生在电位较负的β-Li相中；第二阶段，两相表面形成不同成分的产物膜，β-Li相上的Li2CO3表面膜能与基体紧密结合且稳定性较高，可有效保护β-Li相，而α-Mg相腐蚀加剧，合金析氢速率加速。此阶段压下率为90%的合金因β-Li相面积占比最大（85%），耐蚀性大幅提高，耐蚀性顺序变为压下率为67%的合金最高，压下率为90%的次之，压下率为33%的合金最低。由于网状分布的Ⅰ相可阻挡腐蚀侵入基体内部，铸态Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金耐蚀性优于Mg-8Li合金；轧制后碎化的Ⅰ相能与基体形成更多电偶电池，合金耐蚀性急剧下降。随压下率的增加，Mg-8Li合金TD面中α-Mg相极为细长，与β-Li相形成层叠状结构；RD面中α-Mg相碎化，尺寸较小，Ⅰ相碎化分布在基体中；腐蚀过程中，Mg-8Li合金TD面腐蚀较严重且具有方向性，RD面没有明显的腐蚀方向性，合金表现出腐蚀各向异性；Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金RD和TD面上的腐蚀均出现较弱的方向性，腐蚀各向异性较弱。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 力学行为研究

1.2.1 合金化

1.2.2 加工变形

1.3 腐蚀行为研究

1.3.1 镁锂合金腐蚀机制

1.3.2 合金化

1.3.3 加工变形

1.4 选题意义

1.5 研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.1.1 材料的冶炼和变形

2.1.2试样的截取

2.2 微观组织分析

2.2.1 光学显微组织观察

2.2.2 扫描电子显微分析

2.2.3 X射线衍射分析

2.3 力学行为测试

2.3.1 拉伸试验

2.3.2 纳米压痕测试

2.3.3 力学失效分析

2.4 腐蚀行为测试

2.4.1 失重实验

2.4.2 析氢实验

2.4.3 电化学实验

2.4.4 浸泡实验

2.4.5 扫描开尔文探针实验

2.4.6 失效分析

第3章 Mg-8Li基合金力学行为研究

3.1 准晶对铸态双相Mg-8Li合金力学行为的影响

3.1.1 铸态Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金微观组织分析

3.1.2 铸态Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金应力-应变曲线

3.1.3拉伸断口表面形貌

3.1.4拉伸断口形貌

3.2 准晶对轧制态Mg-8Li合金力学行为的影响

3.2.1 轧制态Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金微观组织分析

3.2.2 轧制态Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金晶体宏观织构演变

3.2.3轧制态Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金力学行为

3.2.4 拉伸断口表面形貌

3.2.4 拉伸断口形貌

3.2.5合金力学行为分析

3.3冷轧对双相Mg-8Li合金力学行为的影响

3.3.1 冷轧态Mg-7Li合金微观组织分析

3.3.2 冷轧态Mg-7Li微观力学分析

3.3.3 冷轧态Mg-7Li合金应力-应变曲线

3.3.4 拉伸断口表面形貌

3.3.5 拉伸断口形貌

3.4本章小结

第4章 Mg-8Li基合金腐蚀行为研究

4.1 准晶对轧制态Mg-8Li合金腐蚀行为的影响

4.1.1 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金微观组织

4.1.2 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金宏观织构分析

4.1.3 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金失重实验

4.1.4 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金析氢实验

4.1.5 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y电化学行为研究

4.1.6 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金浸泡形貌观察

4.1.7 局部电位分布

4.1.8 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金腐蚀机理

4.2 压下率对双相Mg-8Li合金腐蚀行为的影响

4.2.1 轧制态Mg-8Li合金微观组织分析

4.2.2 轧制态Mg-8Li合金析氢实验

4.2.3 轧制态Mg-8Li合金失重实验

4.2.4 轧制态Mg-8Li合金电化学行为研究

4.2.5 轧制态Mg-8Li合金浸泡形貌观察

4.2.6 轧制态Mg-8Li合金腐蚀产物分析

4.2.7 轧制态Mg-8Li合金腐蚀机理

4.3准晶对Mg-8Li合金腐蚀各向异性的影响

4.3.1 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金RD和TD面组织

4.3.2 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金RD和TD面析氢实验

4.3.3 Mg-8Li和Mg-8Li-6Zn-1.2Y合金RD和TD面电化学行为研究

4.3.4腐蚀形貌观察

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢