复杂环境下服役的镁合金研究进展

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240163

摘要/Abstract

摘要：

镁及镁合金因其密度低、比强度高等优点，在航空、航天、轨道交通以及海洋工程等多种领域具有广泛的应用前景.然而，进一步提升镁合金在复杂环境下的服役性能还面临较大挑战.综述了高温、低温、高速变形和腐蚀等复杂环境对镁合金微观组织的影响规律以及力学性能的变化.通过归纳和总结，提出了镁合金在复杂环境下服役性能提升的具体策略和建议，旨在促进镁合金新材料在相关环境领域的服役应用，为其在国防和民用领域的大规模应用提供了理论指导.

关键词: 镁合金, 高温, 低温, 高速变形, 腐蚀

Abstract:

Magnesium and magnesium alloy have broad application prospects in various fields such as aviation， aerospace， rail transit， and ocean engineering due to their low density and high specific strength. However， there are still significant challenges in further improving the service performance of magnesium alloy in complex environments. This paper reviewed the influence of extreme environments， such as high temperature， low temperature， high-speed deformation， and corrosion， on the microstructure of magnesium alloy and the changes in mechanical properties of magnesium alloy materials. Through induction and summary， specific strategies and suggestions for improving the service performance of magnesium alloy in complex environments were proposed， aiming to promote the service application of new magnesium alloy materials in related environmental fields and provide theoretical guidance for their large-scale application in both national defense and civil fields.

Key words: magnesium alloy, high temperature, low temperature, high-speed deformation, corrosion

中图分类号:

TG 146.2

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图/表 11

图1 不同体系镁合金的σb与温度之间的关系[12]（a）—Mg-Al；（b）—Mg-RE（单组元RE）；（c）—Mg-RE（多组元RE）.

Fig.1 Relationship between σb and temperature of magnesium alloy in different systems [12]

图2 不同应力和温度对应的蠕变机制[27]

Fig.2 Creep mechanism corresponding to different stresses and temperatures [27]

图3 250 ℃热暴露不同时间的Mg样品的HAADF-STEM（高角度环形暗场-扫描透射电子显微镜）图[36]（a）—挤压态合金晶界处的第二相；（b）—挤压态合金LAGBs处的第二相；（c）—挤压态合金LAGBs处的偏析；（d）—热暴露6h后晶界处的第二相；（e）—热暴露6h后LAGBs处的第二相；（f）—热暴露6h后位错处的第二相；（g）—热暴露48h后晶界处的第二相；（h）—热暴露48h后LAGBs处的第二相；（i）—热暴露48h后位错处的第二相；（j）—热暴露96h后晶界处的第二相；（k）—热暴露96h后LAGBs处的第二相；（l）—热暴露96h后位错处的第二相.

Fig.3 HAADF-STEM(high-angle annular dark field-scanning transmission electron microscope) images of Mg samples exposed at 250 °C for different durations[36]

图4 高温变形后的TEM图[39]（a）—200 ℃/100 MPa，SYZ420合金中的γ″相；（b）—图4a红色区域的放大图；（c）—SYZ420合金200 ℃拉伸试验后的层错结构；（d）—图4c晶体对应的选区电子衍射图.

Fig.4 TEM images after high-temperature deformation [39]

图5 合金在不同温度下的拉伸工程应力-应变曲线[40-41]注：ε˙为应变速率.（a）—纯Mg；（b）—AZ31.

Fig.5 Tensile engineering stress-strain curves of alloy at different temperatures[40-41]

图6 Mg单晶在184 K低温下的应力-应变曲线和孪晶的τc与温度之间的关系[51-52]注：τ0为晶格摩擦力；A为与热激活过程相关的材料常数；Q1和Q2分别为第一、第二阶段激活能；To为热激活敏感度的特征温度.（a）—应变速率为10-4 /s的应力-应变曲线；（b）—应变速率为5×10-3 /s的应力-应变曲线；（c）—应变速率为5×10-1 /s的应力-应变曲线；（d）—孪晶的τc.

Fig.6 Stress-strain curves of Mg single crystals at 184 K and relationship between τc of twins and temperature[51-52]

图7 WE43在不同温度下的应力-应变曲线和激活的位错[56]注：（a）—应力-应变曲线；（b）—应变为-0.05时室温和液氮温度下不同位错的滑移迹线频率；（b1）—应变为0.05时室温（RT）下不同位错的滑移轨迹频率；（b2）—应变为0.05时液氮温度（LNT）下不同位错的滑移轨迹频率；（c1，c2，c3）—不同位错之间的交叉滑移.

Fig.7 Stress-strain curves of WE43 at different temperatures and activated dislocations [56]

图8 ZK61镁合金在1 000~4 000 /s应变速率下的真应力-真应变曲线及应变硬化率随应变的变化曲线[68]（a）—真应力-真应变曲线；（b）—应变硬化率随应变的变化曲线.

Fig.8 True stress-strain curves of ZK61 magnesium alloy at strain rates of 1 000~4 000 /s and variation curves of strain hardening rate with strain [68]

图9 挤压态纯Mg经过应变量为9%的高速压缩变形后晶粒中的〈c+a〉位错[67]注：g为倒易点阵矢量.（a）—区域1；（b）—区域2.

Fig.9 〈c+a〉 dislocations in grains of as-extruded pure Mg after high-speed compression deformation with a strain of 9%[67]

图10 变形Mg-9Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金在模拟沿海储存环境中的腐蚀发展模型[83]（a）—优先腐蚀发生在第二相周围；（b）—第二相随后发生腐蚀；（c）—在试样表面生成对基体具有保护作用的含Cd和Y的腐蚀产物.

Fig.10 Corrosion development model of deformed Mg-9Gd-3Y-2Zn-0.5Zr alloy in simulated coastal storage environment [83]

图11 样品制备与腐蚀发展示意图[88]（a）—样品制备示意图；（b）—样品1#，2#，3#和4#的腐蚀发展示意图.

Fig.11 Schematic diagram sample preparation and corrosion development[88]

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