提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺的制作方法

本发明涉及镁合金性能优化领域，具体为一种显著提高长程结构有序相强化双相镁锂合金(如：mg-li-zn-y铸态合金等)使役性能的热处理工艺。

背景技术：

镁锂合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，其密度在1.35～1.65g/cm³之间，并具有比强度和比刚度高、冷热变形能力强、各向异性不明显和低温性能好等特性。镁锂合金还具有镁合金的诸多优点，如：抗高能粒子穿透能力强、电磁屏蔽性能好、阻尼性能好、切削加工性优良等，是航天、航空、电子和军事等领域理想的轻质结构材料，使得镁锂合金在航空航天和汽车等高新技术领域有着潜在的广泛应用前景。然而，镁锂合金的抗腐蚀性极差，且强度较低，严重制约了合金的应用与进一步的发展。近年来，研究人员发现长程结构有序相(lpso相)对镁合金具有显著的强化作用。研究表明，经快速凝固粉末冶金工艺技术制备含lpso相mg-2％y-1％zn镁合金的室温屈服强度可达610mpa。文献(scriptamaterialia(材料快报)68(2013)675)报道了lpso相可以在双相mg-li-zn-y合金中原位自形成，使合金的强度和塑性得到同时提高。另外，文献(corrosionscience(腐蚀科学)51(2009)395)报道了细小弥散的lpso相可以抑制mg-zn-y镁合金中的丝状腐蚀，使合金的腐蚀速率降低。然而，早期的研究工作过于侧重于镁锂合金的强度问题，关于微观组织如何对合金耐腐蚀性能的影响及其相关提高方法方面的研究，还未曾涉及，致使lpso相强化的双相mg-li-zn-y合金在工程领域中的腐蚀问题尚未得到解决。因此，为了解决制约镁锂合金工程应用的瓶颈(耐蚀性和强度)，开发出合理的热处理制度来提高合金的抗腐蚀性能，同时还需保障其具有较高的力学性能是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高长程结构有序相强化双相镁锂合金使役性能 的热处理工艺，通过合理制定固溶制度，将合金在凝固过程中形成的枝晶状共晶组织消除，并将它们全部转变成长程结构有序相，使合金的耐腐蚀性能得到显著提高，同时还提高了合金的强度和塑性。

本发明的技术方案是：

一种提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺，将铸态长程结构有序相强化mg-li-zn-y合金进行固溶处理，在350～550℃保温1～20小时，然后水淬冷却至室温。

所述的提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺，mg-li-zn-y合金在固溶处理过程中，用铝箔严密包裹，以防止合金的因高温氧化而可能出现的燃烧。

所述的提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺，按重量百分含量计，长程结构有序相强化铸态mg-li-zn-y合金中，锂含量为5～12％；锌含量为1～3％；钇含量为2～6％；镁余量。

所述的提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺，长程结构有序相强化铸态mg-li-zn-y合金中，锌和钇的重量比值为0.5。

所述的提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺，mg-li-zn-y合金熔炼在真空冶炼炉，且有氩气保护的条件下进行。

所述的提高长程结构有序相强化双相镁锂合金性能的热处理工艺，在室温条件下，摩尔浓度为0.1m的nacl溶液中，腐蚀电位ecorr＝-1.65～-1.40vsce，腐蚀电流密度为icorr＝50～400μa/cm²，失重速率为100～1500mg/cm²/day，屈服强度为100～150mpa，抗拉强度为120～180mpa，延伸率为1～15％，密度为1.40～1.85g/cm³。

本发明的设计思想是：

本发明通过合理选取固溶处理，在350～550℃保温1～20小时(优选为450～500℃保温2～10小时)，这样的作用在于：将在凝固过程中形成的枝晶状共晶组织消除，并将它们转变成长程结构有序相。合金在铸造过程中不能直接形成长程结构有序相，致使合金的抗腐蚀和力学性能均较差。高温固溶过程中元素可以发生扩散，致使凝固过程中形成的枝晶状共晶组织逐渐转变为长程结构有序相。由于长程结构有序相可以抑制丝状腐蚀的发生，同时该合金相自身还具有一定的塑 性，可以使合金耐蚀性提高的同时，还可以提高合金的强度和塑性。最终，利用合理的固溶处理，通过控制合金中相转变所形成长程结构有序相的体积分数，使合金耐蚀性、强度和塑性得到了同时提高。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明通过控制合金元素中锌钇比(zn/y)并选用合理的固溶制度，将长程结构有序相引入到不同li含量的双相镁锂合金基体中。经固溶处理热处理后的长程结构有序相强化铸态mg-li-zn-y合金，其耐腐蚀性能能够显著得到提高，同时还提高了合金的强度和塑性。

2、本发明采用该方法获得了具有低密度、高耐蚀性、高强高塑的双相镁锂合金,特别适合于轻质、高强、高韧的用材需求，并能在一定服役条件下具有较高的抗腐蚀破坏能力。

3、本发明所用的设备简单，成本较低，加工工艺操作简单、方便。

附图说明

图1铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金(实施例1、实施例2和实施例3)的微观组织照片。其中，(a)图为固溶处理前；(b)图为400℃固溶2小时后；(c)图为400℃固溶8小时后。

图2铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金(实施例1和实施例3)在室温条件下经0.1mnacl溶液浸泡后的宏观腐蚀形貌随时间变化的照片。

图3铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金(实施例1、实施例2和实施例3)的室温拉伸性能曲线。横坐标为应变％，纵坐标为应力mpa。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，需要说明的是给出的实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，本发明的保护范围并不限于以下实施的具体实施例。

实施例1

ⅰ)、采用的镁锂合金成分

使用铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金，其化学成分(质量百分含量)为：锂含量为8％；锌含量为3％；钇含量为6％；镁余量。

ⅱ)、合金冶炼

在真空冶炼炉中氩气保护条件下进行合金冶炼，770℃温度下保温2小时后，在炉内进行浇铸成型。

ⅲ)、固溶处理

对铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金在400℃保温2小时。

ⅴ)、微观组织表征

组织观察的样品其制备过程如下：采用1000号碳化硅水磨砂纸磨平表面，然后采用油基金刚石研磨膏机械抛光；sem观察结果表明实施例1样品未经固溶处理前，合金内存在的合金相为枝晶状共晶组织、β-li和α-mg基体相、少量转变形成的lpso相，相应照片见附图1。

ⅳ)、腐蚀和力学性能测试

利用线切割切取尺寸为10mm(长)×10mm(宽)×5mm(厚)的试样，用树脂进行冷镶嵌，对表面进行抛光处理；然后，在室温条件下将试样放入摩尔浓度为0.1m的nacl溶液中进行浸泡和电化学实验。浸泡实验结束后，用软毛刷将试样表面的腐蚀产物去除，称其损失的重量，算出失重速率。可见，固溶处理前实施例1样品的腐蚀性能最差，腐蚀速率最快，失重速率为1500mg/cm²/day，见表1。浸泡过程中，实施例1样品表面腐蚀形貌随时间的变化，见图2。对露出10mm×10mm的样品表面开展动电位极化曲线的测量，确定出合金固溶处理前相应的电化学腐蚀参数，其腐蚀电位ecorr＝-1.60vsce，腐蚀电流icorr＝300μa/cm²。合金的室温拉伸性能样品为板状，试样标准长度为25mm，宽度为5mm，厚度为4mm。拉伸试验的应变速率为1×10^-3s^-1，拉伸试验在mts(858.01m)拉扭试验机上进行，确定出合金相应的拉伸性能曲线见图3，其屈服和抗拉强度分别为106mpa和129mpa，延伸率为1.2％，列于表1。

实施例2

与实施例1相同之处在于：

ⅰ)、采用的镁锂合金成分

ⅱ)、合金冶炼

与实施例1不同之处在于：

ⅲ)、固溶处理

对铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金在400℃保温4小时。

ⅴ)、微观组织表征

参考实施例1的组织观察方法。固溶处理后实施例2样品中存在的合金相为lpso相、残留枝晶状共晶组织、β-li和α-mg基体相镁基体，相应照片见附图2。值得注意的是，为体现出lpso相和残留枝晶状共晶组织的存在，观察倍数较高，照片中未能包含到α-mg基体相。

ⅳ)、腐蚀和力学性能测试

参考实施例1的腐蚀和力学性能测试方法。固溶处理后实施例2样品的腐蚀性能较好，腐蚀速率减慢，失重速率为300mg/cm²/day，其腐蚀电位ecorr＝-1.56vsce，腐蚀电流icorr＝140μa/cm²。实施例2样品相应的拉伸性能曲线见图3，其屈服和抗拉强度分别为112mpa和168mpa，延伸率为3.3％，列于表1。

实施例3

与实施例1相同之处在于：

ⅰ)、采用的镁锂合金成分

ⅱ)、合金冶炼

与实施例1不同之处在于：

ⅲ)、固溶处理

对铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金在400℃保温8小时。

ⅴ)、微观组织表征

参考实施例1的组织观察方法。固溶处理后实施例3样品中存在的合金相为lpso相、β-li和α-mg基体相，相应照片见附图1。值得注意的是，为体现出lpso相的存在，观察倍数较高，照片中未能包含到α-mg基体相。

ⅳ)、腐蚀和力学性能测试

参考实施例1的腐蚀和力学性能测试方法。固溶处理后实施例3样品的腐蚀性能较好，腐蚀速率最慢，失重速率为80mg/cm²/day，其腐蚀电位ecorr＝-1.50vsce，腐蚀电流icorr＝65μa/cm²。浸泡过程中，实施例3样品表面腐蚀形貌随时间的变化，见图2。实施例3样品相应的拉伸性能曲线见图3，其屈服和抗拉强度分别为125mpa和185mpa，延伸率为5.2％，列于表1。

本发明中，铸态长程结构有序相强化双相mg-li-zn-y合金(实施例1、实施例2和实施例3)的腐蚀和力学性能数据，见表1。

表1

实施例结果表明，采用本发明能够显著提高合金的耐腐蚀性能，解决了长周期相强化镁锂合金抗腐蚀能力差的问题，同时还提高了合金的强度和塑性，拓宽了该类高强度镁锂合金的实际工程应用。