镁锂铝基合金时效软化抑制机理研究

在超轻镁锂铝基合金内，亚稳态的MgLi2Al强化相易在室温下或在不太高的温度（50-70℃）条件下即可分解成AlLi软化相，导致镁锂合金的性能不稳定。本项目利用稀土在镁锂合金中对合金元素（如Al、Mg等）的优先结合现象，抑制镁锂合金中MgLi2Al和AlLi相的形成，从而在保证Al元素固溶强化、稀土化合物第二相强化作用的同时，避免合金在放置和使用过程中的软化现象（由MgLi2Al分解成AlLi软化相）。. 结合理论计算（Castep"从头算"、Thermo-Calc热力学计算）、固溶时效热处理（一级时效或多级时效）、显微结构分析（XRD和TEM等）研究稀土在超轻镁锂铝合金中的析出行为、析出相晶体学特征、析出相与基体相之间的界面状态等科学问题，从而建立稀土析出相在镁锂合金内的析出长大机理、稀土元素对镁锂合金的强韧化机理和性能稳定化机理。

Mg-Li-Al合金中由于存在MgAlLi2相向AlLi相的相变，使得合金性能存在软化现象，进而使得合金性能不稳定。本项目通过向Mg-Li-Al合金中添加稀土元素，通过稀土元素与合金中的Al元素结合，从而实现抑制MgAlLi2相向AlLi相转变的过程。项目首先利用第一性原理计算Mg-Li-Al\Mg-Li-Al-Y\ Mg-Li-Al-La\ Mg-Li-Al-Ce合金体系中各个相形成的能量状态，以确定合金中哪些相是稳定的。然后分别制备了Mg-9Li-xAl、Mg-9Li-6Al-xY和Mg-8Li-6Al-xCe合金，并研究了这三种合金在固溶过程和时效过程中的组织演变和硬度变化。结果表明，AlLi的热力学稳定性要比MgAlLi2高，验证了Mg-Li-Al合金中出现的过时效现象：β→MgAlLi2→AlLi，稀土元素Y加入Mg-Li-Al合金后Y主要以Al2Y的形式存在于合金中，稀土元素La加入Mg-Li-Al合金后La主要以Al3La的形式存在于合金中，稀土元素Ce加入Mg-Li-Al合金后Ce主要存在形式是Al2Ce。Mg-(8,9)Li-6Al合金中，主要以α、β、MgAlLi2、AlLi组成，时效过程中MgAlLi2会分解成AlLi相。加入稀土Y\La\Ce后，合金内形成了各种Al-RE相，使得合金内AlLi和MgAlLi2相的数量减少，同时在固溶后的时效过程中也减少了AlLi和MgAlLi2相的析出，从而使合金在时效过程中的性能较稳定。