LZ91镁锂合金植酸处理工艺及耐腐蚀性能研究

为了改善LZ91镁锂合金的耐腐蚀性能,采用正交试验法对厚度为3 mm的商用轧制态双相LZ91镁锂合金板材表面进行植酸化学转化处理,借助扫描电子显微镜、电化学工作站等设备对不同植酸转化处理的自腐蚀电流密度进行研究,并探讨植酸化学转化液浓度、转化时间、pH值和转化温度对LZ91镁锂合金耐腐蚀性能的影响,得出最佳耐腐蚀性能的植酸化学转化工艺参数。结果表明:对LZ91镁锂合金植酸化学转化处理影响最显著的是溶液pH值、其次为转化时间、再次为转化液浓度、最后则为转化温度;当植酸浓度为2 mL/L,转化时间为5 min,pH值为6和转化温度为35℃时,LZ91镁锂合金植酸化学转化处理后的耐腐蚀性能最佳,此时自腐蚀电流密度达到最小值2.254×10^(-5)A/cm^(2);与未植酸处理相比,自腐蚀电流密度下降了2个数量级,耐腐蚀性能得到很大提升。因此,植酸化学转化处理提升LZ91镁锂合金的耐腐蚀性能有一定的应用价值。

两次冷轧压下率分配对LZ91镁锂合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和万能试验机等设备,以LZ91镁锂合金板材为研究对象,对累积变形率分别为30%、40%和50%的板材进行250℃×1.5 h热处理,再进行二次冷轧使总累积变形率达到80%.结果表明:总压下率一定,两次冷轧压下率分配对其显微组织和力学性能影响较大.经过二次冷轧后,两相组织均出现了一定程度的取向性,其中一次累积压下率为40%且二次累积压下率也为40%的组织中,球化完成的α相成为细小的"扁球状"组织分布在β相晶粒周围,与30%+50%、50%+30%相比细小晶粒最多;同时存在第二相强化使力学性能达到最优,最大抗拉强度为290 MPa左右,延伸率为30%.

双相LZ91镁锂合金超塑性变形行为及组织演变

采用铸造、挤压、冷轧和退火的方法,获得了双相LZ91镁锂合金板材,并通过OM、SEM、TEM和拉伸实验,研究了双相LZ91镁锂合金板材在200~300℃、应变速率1.0×10^(−2)~1.7×10^(−4) s^(−1)条件下的超塑性变形行为、显微组织演变和空洞长大机制。结果表明:双相LZ91镁锂合金在285℃、1.7×10^(−4) s^(−1)条件下的最大超塑性达到485%;拉伸过程中微观组织由初始的β-Li再结晶相和α-Mg条带状相向等轴的β-Li相、α-Mg再结晶相以及β-Li基体中的次生α-Mg纳米相进行演变;空洞主要形核于α/β两相晶界处,变形早期在应力作用下,空洞沿着晶界扩散长大,是扩散控制的长大机制;变形后期在周围材料的塑性变形作用下,空洞被拉伸长大,是塑性变形控制的长大机制。

植酸处理对LZ91镁锂合金腐蚀性能的影响

对厚度3 mm的LZ91镁锂合金在不同转化时间下进行了植酸化学转化处理。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、电化学工作站等设备对不同植酸转化时间生成的转化膜的形貌、转化膜成分、腐蚀性能和成膜工艺进行了测试和分析。结果表明,当植酸浓度、植酸溶液pH值和转化温度分别保持2 mL/L、6和55℃不变,转化时间在2~15 min之间时,LZ91镁锂合金表面生成的转化膜良好,转化膜上生成了难溶的白色颗粒状锌的螯合物。随着植酸处理转化时间的增加,转化膜的龟裂纹呈现出逐渐由浅变深的趋势,转化膜厚度呈现出先增大后减小的现象,LZ91镁锂合金植酸处理后的耐腐蚀性能先上升后下降,当转化时间为5 min时,LZ91镁锂合金植酸处理后的耐腐蚀性能最好,其自腐蚀电流密度最小为3.76×10^(-5)A/cm^(2),相比植酸处理前的自腐蚀电流密度下降了2个数量级,此时为植酸处理LZ91镁锂合金形成转化膜的最佳时间。

LZ91镁锂合金搅拌摩擦加工的组织与力学性能

对LZ91镁锂合金进行了搅拌摩擦改性加工,采用光学显微镜、拉伸试验机、显微硬度测试仪等设备对LZ91镁锂合金搅拌摩擦加工的表面形貌、金相组织、拉伸性能和显微硬度进行测试和分析。结果发现:当旋转速度为1800 r·min^(-1)、加工速度在30~100 mm/min时,LZ91镁锂合金加工表面成型良好,无明显缺陷,表面存在"起皮"现象,"起皮"程度随加工速度增大而变小。随加工速度的增加,搅拌摩擦加工焊核区晶粒呈现出逐渐变小的现象。α-Mg相和β-Li相在前进侧热机影响区的向上弯曲变形程度大于在后退侧的变形程度。相比前进侧热机影响区,后退侧热机影响区的α-Mg相晶粒显著细化,而β-Li相晶粒却明显粗化。加工速度在30~100 mm/min范围增大时,抗拉强度和焊核区的显微硬度先上升后下降,伸长率逐渐变大。当加工速度为60 mm/min时,抗拉强度达到最高值252 MPa。

旋转速度对LZ91镁锂合金搅拌摩擦加工改性的影响

研究在旋转速度分别为1600、1800、1900 r/min的工艺参数下对LZ91镁锂合金进行搅拌摩擦加工的改性试验。采用光学显微镜、万能试验机和显微硬度测试仪来分析旋转速度对试样显微组织和力学性能的影响。结果表明:当加工速度为60 mm/min,在旋转速度1600~1900 r/min增加的情况下,焊核区和前进侧热机影响区α-Mg相和β-Li相平均晶粒尺寸均变大,而后退侧热机影响区α-Mg相和β-Li相平均晶粒尺寸却先减小后增加。经搅拌摩擦加工改性后,LZ91镁锂合金抗拉强度、伸率长和焊核区的显微硬度均有显著提升,且呈现为先变大后减小的趋势。在旋转速度增加至1800 min时,抗拉强度达到最大值252.0 MPa,抗拉强度相比搅拌摩擦加工改性前增加了36%。

LZ91镁锂合金四层中空结构件连接工艺

为解决LZ91镁锂合金易氧化、焊接困难等问题,制备出接头性能、贴模程度均较好的四层中空结构件,利用超声辅助浸镀铜层的方法,研究了浸镀时间及钎焊温度对接头性能的影响。结果表明:随着浸镀时间和钎焊温度的增加,焊件剪切强度及焊料与母材的结合程度均呈先增后降的趋势,当浸镀时间为2 h、钎焊温度为260℃时,焊件剪切强度最高;依据最佳工艺参数对LZ91镁锂合金板材进行超塑成形,制备芯板和面板并连接,获得的LZ91镁锂合金混合网格四层中空结构件的外观形状良好。有效解决了LZ91镁锂合金在连接过程中易氧化的问题,对LZ91镁锂合金在高性能、轻量化结构件制造方面具有重要的参考意义。

LZ91镁锂合金板材的超塑性气胀成形

利用热拉伸实验、气胀成形实验、金相分析和扫描电镜观察,研究LZ91镁锂合金板材的超塑性、气胀成形性能及其组织结构。结果表明:在热拉伸变形温度为573 K、应变速率为0.001 s^(-1)时,其伸长率可达343.7%,应变速率敏感指数为0.697,轧制态的LZ91合金板材表现出优良的超塑性;在胀形温度573 K,胀形气压0.06 MPa条件下,板材成形高度为51.14 mm,高径比达1.279,说明该镁锂合金板材具有良好的超塑性成形潜力;在热拉伸变形和超塑性气胀成形过程中,均有动态再结晶现象产生,可有效提高该合金的塑性成形能力;在拉伸断口和胀形件破裂处断口均存在典型的超塑性空洞形貌特征,说明两者的主要变形机制均为晶界滑移,且合金超塑性失效的主要原因是空洞的长大和连接。

退火对冷轧LZ91镁锂合金组织与冲压性能的影响

通过真空感应熔炼、挤压和室温轧制制备了0.9 mm厚的LZ91镁锂合金薄板,采用金相观察、维氏硬度及杯突试验研究了不同工艺退火后合金的组织及冲压性能。结果表明:冷轧LZ91合金由α相和β相组成,显微组织为纤维状,冷轧纤维呈波浪状沿轧向延伸。退火后,合金发生再结晶,α相由纤维状转变为竹节状,进一步转变为岛状,尺寸逐渐增大,β相晶粒转变为等轴状且尺寸逐渐变大;随着退火温度的升高和保温时间的延长,合金的硬度逐渐下降,杯突试验IE值逐渐增大。合金板经200℃×4 h退火后,具有较优的综合性能,此时合金IE值为7.82 mm,维氏硬度为67 HV0.025。

LZ91镁锂合金热变形的本构模型及微观组织演变

为了研究轧制态LZ91镁锂合金的超塑性变形特征,对其在不同温度(513、553、593和633 K)、不同应变速率(9.06×10^(-4)、4.53×10^(-3)和2.26×10^(-2)s^(-1))下进行了单轴热拉伸试验。结果表明:LZ91合金流变应力曲线呈现典型的动态再结晶特征,峰值应力随变形温度升高(应变速率降低)而降低;在试验温度范围内合金的平均热变形激活能Q=89.74 kJ/mol,在633 K时的应变速率敏感指数m为0.422,说明合金具备超塑性特征,且超塑性变形机制为晶界扩散控制的晶界滑移。轧制态LZ91合金的组织为α-Mg相和β-Li相,且α-Mg相随机分布在β-Li相中,热变形过程中合金产生明显的动态再结晶。

退火处理对搅拌摩擦加工LZ91双相镁锂合金微观组织及力学性能的影响

LZ91双相镁锂合金可通过搅拌摩擦加工方式实现组织细化及双相均匀化,搅拌摩擦加工中材料前进侧和后退侧流动性差异使两侧组织特征区别较大,力学性能不稳定。本研究采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机,研究了退火处理对搅拌摩擦加工LZ91双相镁锂合金搅拌区微观组织及力学性能的影响。结果表明,不同特征的初始变形组织在热处理过程中的组织演变规律不同,双相分布均匀的细晶结构在热处理中稳定长大,前进侧与基体组织突变得到改善,逐渐由弱织构形成c-轴平行于PD方向的基面织构。后退侧团聚成岛状的α细晶在热处理中迅速长大,热稳定性较差。250℃下退火处理30 min后,搅拌摩擦加工LZ91镁锂合金均匀伸长率从5.8%提升至8.8%,拉伸中前进侧收缩率从0.2降低至0.1,应力集中得到有效改善,性能薄弱区域在退火处理前后均为后退侧组织。

电场辅助镁锂合金超塑变形行为及其在微型热管成形中的应用

通过等通道转角挤压工艺制备了不同晶粒尺寸的LZ91镁锂合金,当挤压道次超过8道次后,晶粒尺寸基本不再细化。为了探究电场作用下LZ91镁锂合金的超塑变形行为,设计并制造了电场辅助超塑单向拉伸实验平台,提出了一种“递减式”恒压通电方案,开展了不同电压、初始应变速率和晶粒尺寸下的电场辅助单向拉伸实验。实验结果表明,随着电压的增大,电流的焦耳热效应增大,LZ91镁锂合金的真应力-真应变曲线逐渐呈现出稳态流变特征。所有电压下原始镁锂合金的伸长率差异不明显,最大差异仅为16%。相比于低电压时,在高电压下初始应变速率对LZ91镁锂合金超塑变形行为的影响更加显著。电场对细晶LZ91镁锂合金超塑变形行为影响较大,主要体现在降低超塑变形温度和提高伸长率。在获得电场作用下LZ91镁锂合金超塑性能的基础上,通过DEFORM-3D仿真软件对LZ91镁锂合金微型热管挤压成形工艺进行了设计与仿真,长度为5 mm的坯料仿真得到的微型热管长度为40 mm,微沟槽深度为0.25 mm,等效应变分布均匀,为微型热管电场辅助成形工艺提供了有益探索。

超轻镁合金硅烷膜成膜工艺参数的正交优化

依据点滴试验结果,采用正交试验法研究了固化温度、固化时间、浸涂时间等成膜因素对LZ91镁锂合金表面KH-550硅烷膜耐蚀性能的影响,确定了最佳成膜工艺参数为:固化温度100℃、固化时间60min、浸涂时间90s;其中固化温度对硅烷膜耐蚀性能的影响最大,固化时间的影响次之,浸涂时间的影响最小。

LZ91合金在累积叠轧焊合过程中的界面焊合研究

采用金相显微镜和扫描电境观察了LZ91镁锂合金在累积叠轧焊(ARB)过程中的界面焊合现象。结果表明:道次压下量为50%的ARB工艺可以使LZ91板材获得良好的界面焊合,板材的抗拉强度和维氏硬度得到明显的改善。后续的ARB变形可以有效改善界面焊合质量,ARB轧制后退火可以使板材界面焊合强度增加。LZ91合金累积叠轧焊变形中的界面焊合机制是:合金表面硬化层先发生破裂,新鲜金属暴露,然后在轧制压力的作用下一起流动、相互接触,最终形成冶金结合。

二次冷轧对超轻双相镁锂合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、硬度计、室温拉伸等手段,探究了二次冷轧对累积变形率60%、不同退火工艺处理LZ91镁锂合金板显微组织与力学性能的影响。结果表明:经过二次冷轧后,α-Mg与β-Li两相组织都沿轧制方向被压扁,出现了一定程度的取向性。其中250℃×1 h退火经二次冷轧后,细小的"扁球状"α相分布在β相晶粒周围,细小晶粒较多,力学性能也达到最好,最大抗拉强度为285 MPa左右,伸长率为34%,硬度值为73.46 HV0.025;拉伸断口可见大量分布密集的韧窝,为韧性断裂。