鎂鋰合金是最輕的結(jié)構(gòu)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(yōu)點，在航空航天、兵器工業(yè)、軌道交通和電子信息等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(yīng)用的主要關(guān)鍵問題。針對鎂鋰合金的成分設(shè)計、組織調(diào)控、力學(xué)性能和腐蝕行為等，廣東工業(yè)大學(xué)李傳強副教授近年來開展了系列研究。近期，在熱處理調(diào)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(yīng)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(guān)研究成果分別發(fā)表于腐蝕領(lǐng)域頂刊Corrosion Science 228 (2024) 111829和Corrosion Science 227 (2024) 111707。

一、均勻化處理誘導(dǎo)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(tài)合金中形成，而要經(jīng)過后續(xù)熱處理才能實現(xiàn)LPSO相的轉(zhuǎn)變。目前，關(guān)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(tài)Mg-4Li-4Y-2Zn-0.1Mn（wt.%）（LWZ442M）合金進行420℃/4h均勻化處理，可實現(xiàn)LPSO相的轉(zhuǎn)變。鑄態(tài)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(nèi)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(jié)構(gòu)粗化，數(shù)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(zhuǎn)變?yōu)?4H-LPSO相。腐蝕實驗結(jié)果表明，兩種狀態(tài)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(yīng)，加速合金腐蝕，且不連續(xù)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(tài)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(yīng)改善了合金的耐蝕性。另一方面，鑄態(tài)合金中α-Mg基體由于大量片層結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)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(tài)合金的腐蝕破壞；均質(zhì)化處理后，合金中α-Mg基體內(nèi)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(yīng)，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(xiàn)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(tài)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(zhì)鎂鋰合金的設(shè)計和應(yīng)用提供了重要的技術(shù)思路和理論支撐。

相關(guān)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(fā)表在腐蝕領(lǐng)域頂級期刊Corrosion science上，其中，第一作者和通訊作者為廣東工業(yè)大學(xué)李傳強副教授，中科院金屬所和加拿大阿爾伯塔大學(xué)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(jié)構(gòu)鎂鋰合金應(yīng)力腐蝕開裂行為的影響

在實際服役環(huán)境中，應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)往往共存，導(dǎo)致Mg-Li合金承受應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的風(fēng)險。SCC的發(fā)生極其復(fù)雜和危險，可能導(dǎo)致材料的突然斷裂，發(fā)生災(zāi)難性事故。近年來學(xué)者們對Mg-Li合金的研究越來越多，但其應(yīng)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(rèn)識，并亟待闡明。因此，Mg-Li合金的SCC行為研究至關(guān)重要，在其工程領(lǐng)域應(yīng)用中具有重要實際意義。

該研究通過調(diào)控Zn元素含量設(shè)計了四種BCC結(jié)構(gòu)Mg-11Li-xZn合金（x = 0 wt.%，1 wt.%，3 wt.%，6 wt.%），然后采用慢應(yīng)變速率拉伸實驗（SSRT）、失效斷口/側(cè)面組織分析和電化學(xué)陰極充氫等方法對上述四種合金的應(yīng)力腐蝕開裂行為和機理進行研究。實驗結(jié)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(shù)ISCC-ε呈現(xiàn)先降低后升高趨勢。可見，含少量Zn（1 wt.%）的Mg-11Li-1Zn合金表現(xiàn)出最高的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，且明顯優(yōu)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(yīng)較弱。不含Zn的Mg-11Li二元合金在腐蝕介質(zhì)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(yīng)力腐蝕開裂行為。當(dāng)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(huán)境下可引起強烈的微電偶腐蝕效應(yīng)，加速破壞表面膜的完整性，同時促進氫的產(chǎn)生和滲透，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開裂，即SCC敏感性較高。

圖3.應(yīng)力腐蝕開裂后的微觀形貌以及充氫前后的力學(xué)性能對比

圖4.不同Zn含量Mg-11Li基合金應(yīng)力腐蝕開裂示意圖

該研究提出利用少量Zn元素實現(xiàn)BCC結(jié)構(gòu)鎂鋰合金抗應(yīng)力腐蝕性能的提升，揭示了不同Zn含量對Mg-11Li基合金應(yīng)力腐蝕開裂行為和機理的影響規(guī)律，以及電化學(xué)陰極充氫對Mg-11Li基合金力學(xué)性能的影響。該項工作不僅為深入研究鎂鋰合金應(yīng)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(shè)計和應(yīng)用提供了重要的理論指導(dǎo)。

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(fā)表在腐蝕領(lǐng)域頂級期刊Corrosion science上，其中第一作者為廣東工業(yè)大學(xué)碩士生鄧斌斌，廣東工業(yè)大學(xué)李傳強副教授與廣東腐蝕科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)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(yè)大學(xué)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(shè)計、微結(jié)構(gòu)調(diào)控與表征、形變處理、腐蝕電化學(xué)以及材料環(huán)境服役行為與失效機制等方面研究工作，目前已發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，其中以第1或通訊作者發(fā)表論文31篇（近五年25篇，中科院1-2區(qū)論文21篇，領(lǐng)域內(nèi)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(quán)發(fā)明專利和實用新型專利9項，近五年作為項目負(fù)責(zé)人，李傳強副教授先后承擔(dān)了國家級和省部級等科研項目6項（包括國家自然科學(xué)基金項目、廣東省自然科學(xué)基金-青年提升項目、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究-科技菁英“領(lǐng)航”項目），企業(yè)橫向課題多項。此外，李傳強還擔(dān)任金屬材料與冶金領(lǐng)域領(lǐng)軍期刊Journal of Magnesium and Alloys（JMA）青年編委、廣東省生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會生物3D打印與再生醫(yī)學(xué)分會委員、中國機械工程學(xué)會增材制造（3D打印）技術(shù)分會青年委員。近年來，李傳強副教授先后榮獲鎂合金領(lǐng)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(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院“青年優(yōu)秀人才”。