镁锂合金的合金化、热轧及超声纳米表面改性强化研究

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当前,镁锂合金在航空航天、汽车及电子工业等领域具有广阔的潜在应用前景,但是由于其强度低、耐腐蚀性能较差,限制了其广泛应用。本文利用超声纳米表面改性(UNSM)技术对镁锂合金进行表面改性处理,以期进一步提高其力学性能和耐腐蚀性能。本文以LAE361、LA116、LA106和LAE1081四种镁锂合金为研究对象,在利用合金化和热轧处理对其进行强化的基础上,研究了UNSM处理对镁锂合金的显微组织、变形机制、机械性能和耐腐蚀性能的影响。主要研究内容包括:(1)利用合金化的方法,对铸态镁锂合金力学性能和腐蚀行为进行研究。LAE361镁锂合金是典型的α-Mg单相镁合金,其他三种合金为α-Mg和β-Li组成的双相镁合金。四种合金中,LAE1081镁锂合金屈服强度最高(151 MPa),LAE361镁锂合金抗拉强度最高(186 MPa)。而LA106镁锂合金的力学性能和耐腐蚀性能较好(腐蚀电流密度最低:95.8μA cm-2),延伸率最高(12.8%)。(2)研究了热轧处理对镁锂合金的织构、力学和耐腐蚀性能的影响。热轧未改变镁锂合金的相组成。同时,α-Mg相都主要表现为典型的基面织构。而LA116、LA106和LAE1081镁锂合金的β-Li相分别表现为ε和ζ线织构、γ和η线织构及α、ε和γ线织构。热轧后镁锂合金的硬度提高,其中以LAE361镁锂合金最为显著(增加约47.4%)。LAE361和LA116镁锂合金经过热轧后,强度和耐腐蚀性能改善,但塑性变差。而LA106和LAE1081镁锂合金的力学性能都得到改善,但耐腐蚀性能恶化。(3)采用正交试验方法,研究了UNSM工艺参数对热轧态LA106镁锂合金的影响。研究了UNSM技术的工艺参数(静压力、移动速度和间距)对热轧态LA106镁锂合金表面性能(硬度、粗糙度和硬化层深度)的影响。结果表明,UNSM工艺参数对综合强化效果影响程度由大到小的顺序为:静压力、间距和移动速度;经过多目标优化设计,得到最佳UNSM工艺参数组合:静压力0.3 MPa,移动速度1500 mm/min,间距0.05 mm。(4)利用UNSM技术对热轧态镁锂合金进行表面强化处理,对其组织演变、变形机制、力学性能和耐腐蚀性能进行研究。UNSM处理后,LAE361和LA106镁锂合金都获得了表面严重塑性变形层,表层晶粒细化。同时镁锂合金的基面织构强度明显降低,表层出现大量变形孪生,因此其表层的α-Mg相除了基面滑移外,还发生了孪生变形。对于LA106镁锂合金,β-Li相由γ和η线织构转变为α和ε线织构,主要发生了位错滑移。UNSM处理后LAE361和LA106镁锂合金的表面硬度分别提高了17.5%和39%,硬化层深度达350μm。在强度增加的同时,塑性有所改善。经过UNSM处理,LAE361镁锂合金的腐蚀电流密度降低约29.3%,耐腐蚀性能明显改善;而LA106镁锂合金的腐蚀电流密度升高了189.7%,耐腐蚀性能恶化。
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