鎂鋰合金是最輕的結構用金屬材料，具有高比強度、高比剛度和高延展性以及良好的阻尼和電磁屏蔽性能等優點，在航空航天、兵器工業、軌道交通和電子信息等領域具有廣泛的應用前景。然而，耐蝕性差和絕對強度低是制約鎂鋰合金廣泛應用的主要關鍵問題。針對鎂鋰合金的成分設計、組織調控、力學性能和腐蝕行為等，廣東工業大學李傳強副教授近年來開展了系列研究。近期，在熱處理調控鎂鋰合金中LPSO相的形成與腐蝕行為、Zn合金化對鎂鋰合金應力腐蝕開裂行為影響等方面，李傳強副教授取得重要研究進展，相關研究成果分別發表于腐蝕領域頂刊Corrosion Science 228 (2024) 111829和Corrosion Science 227 (2024) 111707。

一、均勻化處理誘導LPSO相形成并提高Mg-Li-Zn-Y-Mn合金的耐蝕性

近年來，含長周期相（LPSO）的鎂合金被廣泛報道，且被證實LPSO相可在Mg-TM-RE（TM=Al、Zn、Zn、Cu、Ni、Co；RE=Y、La、Ce、Pr、Pr、Sm、Nd、Dy、Ho、Er、Gd和Tm）體系中形成。然而，在鎂鋰合金體系中，LPSO相很難在初始鑄態合金中形成，而要經過后續熱處理才能實現LPSO相的轉變。目前，關于LPSO相對鎂鋰合金耐蝕性的影響與腐蝕機制尚不清楚。

本研究表明，對鑄態Mg-4Li-4Y-2Zn-0.1Mn（wt.%）（LWZ442M）合金進行420℃/4h均勻化處理，可實現LPSO相的轉變。鑄態LWZ442M合金的主要相組成為α-Mg基體和(Mg, Zn)24Y5相，而α-Mg基體內嵌有大量密集分布的片層組織；均勻化處理后，α-Mg基體中的片層結構粗化，數量明顯減少，成分起伏變化也顯著減弱，同時位于晶界處的大塊(Mg, Zn)24Y5相轉變為14H-LPSO相。腐蝕實驗結果表明，兩種狀態的LWZ442M合金中陰極第二相(Mg, Zn)24Y5或LPSO與陽極α-Mg基體之間均可形成微電偶效應，加速合金腐蝕，且不連續的塊狀(Mg, Zn)24Y5和LPSO相不能完全阻止腐蝕行進。然而，均勻化處理后的合金耐蝕性缺得到明顯提升，這主要原因是，相比鑄態合金中(Mg, Zn)24Y5與α-Mg基體之間的高電位差（＞100 mV），均勻化處理后合金中LPSO相與α-Mg基體之間的電位差顯著減小（＜50 mV），降低的微電偶效應改善了合金的耐蝕性。另一方面，鑄態合金中α-Mg基體由于大量片層結構的存在，導致較大的成分起伏，從而引起強烈的局部腐蝕電位波動，進一步加速了鑄態合金的腐蝕破壞；均質化處理后，合金中α-Mg基體內成分起伏變化較小，腐蝕電位波動也減弱了，進而降低了微電偶腐蝕效應，從而提高了合金耐腐蝕性能。

圖1 均勻化處理前后LWZ442M合金的微觀組織、耐蝕性、腐蝕行為和局部腐蝕電位測試

圖2 均勻化處理前后LWZ442M合金在0.1 M NaCl溶液中的腐蝕機理示意圖

該研究通過簡單的熱處理工藝實現了在Mg-Li基合金中形成LPSO相，同時顯著提高其耐蝕性，并表征了熱處理前后LWZ442M合金微觀組織，也揭示出不同狀態合金的腐蝕行為、腐蝕機理和LPSO相對LWZ442M合金耐蝕性提升的作用機制。該研究工作為高耐蝕輕質鎂鋰合金的設計和應用提供了重要的技術思路和理論支撐。

相關研究成果以“Enhancing corrosion resistance of Mg-Li-Zn-Y-Mn alloy containing long period stacking ordered (LPSO) structure through homogenization treatment”為題，發表在腐蝕領域頂級期刊Corrosion science上，其中，第一作者和通訊作者為廣東工業大學李傳強副教授，中科院金屬所和加拿大阿爾伯塔大學王士棟為共同通訊作者。

原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.111829

二、鋅合金化對BCC結構鎂鋰合金應力腐蝕開裂行為的影響

在實際服役環境中，應力和腐蝕介質往往共存，導致Mg-Li合金承受應力腐蝕開裂（SCC）的風險。SCC的發生極其復雜和危險，可能導致材料的突然斷裂，發生災難性事故。近年來學者們對Mg-Li合金的研究越來越多，但其應力腐蝕開裂行為和機理研究相對較少，目前未得到全面的認識，并亟待闡明。因此，Mg-Li合金的SCC行為研究至關重要，在其工程領域應用中具有重要實際意義。

該研究通過調控Zn元素含量設計了四種BCC結構Mg-11Li-xZn合金（x = 0 wt.%，1 wt.%，3 wt.%，6 wt.%），然后采用慢應變速率拉伸實驗（SSRT）、失效斷口/側面組織分析和電化學陰極充氫等方法對上述四種合金的應力腐蝕開裂行為和機理進行研究。實驗結果表明，隨著Zn含量的提高，Mg-11Li基合金的塑性SCC敏感性指數ISCC-ε呈現先降低后升高趨勢。可見，含少量Zn（1 wt.%）的Mg-11Li-1Zn合金表現出最高的抗應力腐蝕開裂性能，且明顯優于其他鎂合金，這主要歸因于其表面可形成防護性較好的表面膜，且合金中第二相較少，微電偶腐蝕效應較弱。不含Zn的Mg-11Li二元合金在腐蝕介質中形成的表面膜保護性較差，且氫原子容易滲入基體，從而引起顯著的應力腐蝕開裂行為。當添加過多的Zn元素時，Mg-11Li-6Zn合金基體中可形成大量的第二相，在腐蝕環境下可引起強烈的微電偶腐蝕效應，加速破壞表面膜的完整性，同時促進氫的產生和滲透，從而導致嚴重的應力腐蝕開裂，即SCC敏感性較高。

圖3.應力腐蝕開裂后的微觀形貌以及充氫前后的力學性能對比

圖4.不同Zn含量Mg-11Li基合金應力腐蝕開裂示意圖

該研究提出利用少量Zn元素實現BCC結構鎂鋰合金抗應力腐蝕性能的提升，揭示了不同Zn含量對Mg-11Li基合金應力腐蝕開裂行為和機理的影響規律，以及電化學陰極充氫對Mg-11Li基合金力學性能的影響。該項工作不僅為深入研究鎂鋰合金應力腐蝕開裂行為與機理提供了新思路和觀點，也為低成本高耐蝕鎂鋰合金的設計和應用提供了重要的理論指導。

該研究成果以“Effect of Zn addition on the stress corrosion cracking of as-cast BCC Mg-11Li based alloys”為題，發表在腐蝕領域頂級期刊Corrosion science上，其中第一作者為廣東工業大學碩士生鄧斌斌，廣東工業大學李傳強副教授與廣東腐蝕科學與技術創新研究院閆昌建副研究員、韓恩厚院士為論文的共同通訊作者。

原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111707

廣東工業大學青年教師李傳強副教授，一直從事先進鎂及鎂鋰合金成分設計、微結構調控與表征、形變處理、腐蝕電化學以及材料環境服役行為與失效機制等方面研究工作，目前已發表學術論文50余篇，其中以第1或通訊作者發表論文31篇（近五年25篇，中科院1-2區論文21篇，領域內頂刊或TOP期刊16篇），高被引論文2篇，他引1000余次，其中單篇論文目前最高被引超過160次2篇，申請/授權發明專利和實用新型專利9項，近五年作為項目負責人，李傳強副教授先后承擔了國家級和省部級等科研項目6項（包括國家自然科學基金項目、廣東省自然科學基金-青年提升項目、廣州市基礎與應用基礎研究-科技菁英“領航”項目），企業橫向課題多項。此外，李傳強還擔任金屬材料與冶金領域領軍期刊Journal of Magnesium and Alloys（JMA）青年編委、廣東省生物醫學工程學會生物3D打印與再生醫學分會委員、中國機械工程學會增材制造（3D打印）技術分會青年委員。近年來，李傳強副教授先后榮獲鎂合金領域頂刊JMA（IF=17.6）的突出論文獎和最有價值論文獎、廣東工業大學材料與能源學院“青年優秀人才”。