LPSO相增强镁稀土合金耐热性能研究进展

来源期刊：材料导报2019年第19期

论文作者：王策 马爱斌 刘欢 黄河 孙甲鹏 杨振权 江静华

文章页码：3298 - 3305

关键词：长周期堆垛有序结构;热稳定性;高温强度;抗蠕变性能;

摘    要：镁合金作为最轻的金属结构材料,具有密度低、储量丰富、比强度和比刚度高、阻尼减震和电磁屏蔽性能佳、导热导电性良好、易于回收利用等一系列优点,故而在航空航天、国防军事、新能源汽车等领域展现出极大的应用潜力和发展前景。然而,镁合金的绝对强度偏低,尤其是高温强度低、抗蠕变性能较差,极大地限制了其作为结构材料在关键零部件上的使用。因此,开发在高温下仍具有良好使役性能的新型高强韧镁合金是当前学者面临的严峻问题。当在镁合金中同时加入Gd或Y等稀土元素以及Zn元素时,合金中会形成一种新颖的相结构——长周期堆垛有序（Long period stacking ordered structure,LPSO）结构。由于LPSO相的存在,镁合金的力学性能显著提升（室温抗拉强度已突破500 MPa）,高温性能也得到有效改善（高温拉伸强度和高温抗蠕变性能均显著优于同样状态下的WE54等商用镁合金）。因此,近年来,国内外研究人员针对LPSO相增强镁稀土合金的耐热性能开展了广泛研究,并取得了较为显著的研究成果。研究主要集中于两个方面:一是LPSO结构的热稳定性研究,即高温下不同LPSO结构之间的相互转变规律和演化机制;二是合金的高温力学性能研究,通过揭示LPSO相对合金高温拉伸、压缩和抗蠕变性能的影响规律和作用机制,开发新一代高强韧耐热镁合金。借助于先进的高分辨电镜表征技术,研究人员对Mg-RE-Zn合金中18R和14H等LPSO相的结构和形成机理进行了全面解析。根据合金成分及状态的不同,高温下14H相主要通过两种方式形成,即在镁基体中直接析出或由18R结构转变而来。通过高温拉伸/压缩性能测试及组织观察,阐明了LPSO结构与位错、孪晶和晶界的交互作用,揭示其高温下强韧化镁合金的微观机理。近年来的蠕变研究工作进一步证实了LPSO相具有提高合金抗蠕变性能的巨大潜力,LPSO相的自身形态与强化效果,及其与多种沉淀相在蠕变过程中的交互作用显著影响合金的抗蠕变性能。然而,目前为止,有关该类合金的蠕变控制机制及LPSO相所起的作用尚未明确。本文探讨了LPSO相在高温下的转变规律及其对合金晶粒尺寸的影响,并系统综述了LPSO相的结构、形态和分布情况对镁稀土合金高温拉伸、高温压缩以及抗蠕变性能的影响规律和作用机制,最后展望了LPSO相增强镁稀土合金在耐热领域应用所面临的问题和未来的发展趋势。