综述：镁锂合金的腐蚀与环境辅助开裂研究综述

（编辑推荐）本综述系统阐述了Mg-Li合金在腐蚀与环境辅助开裂（EAC）领域的研究进展，聚焦其腐蚀行为、裂纹萌生机理及关键影响因素（如合金成分、热处理、机械加工），并探讨了表面处理技术（如等离子电解氧化PEO）和未来研究方向，为提升这一"21世纪绿色工程材料"的可靠性提供理论支撑。

　　

镁锂合金的特性与应用挑战

作为密度仅1.3-1.6 g/cm³的轻质材料，镁锂（Mg-Li）合金凭借高比强度、生物相容性和电磁屏蔽性能，在航空航天、生物医疗等领域展现出巨大潜力。然而，锂元素的高化学活性导致其耐蚀性差，在潮湿环境或载荷协同作用下易发生环境辅助开裂（EAC），严重制约实际应用。

晶体结构与腐蚀行为的三重奏

Mg-Li合金的腐蚀特性随锂含量呈现显著差异：

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  α相合金（Li<5.3 wt.%）：六方密排（HCP）结构中，Li₂CO₃膜可封闭Mg(OH)₂基底层，但稀土元素（RE）形成的金属间化合物会引发微电偶腐蚀。

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  双相合金（5.3-11 wt.% Li）：α-Mg（HCP）与β-Li（BCC）相间的电位差导致丝状腐蚀，β-Li相区经锻造后晶界密度增加可提升耐蚀性。

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  β相合金（Li>11 wt.%）：体心立方（BCC）结构表面形成碱性富集区，自修复性Li₂CO₃膜能有效阻挡Cl^-侵蚀。

裂纹萌生与扩展的"双刃剑"机制

EAC过程通常经历腐蚀坑形成、裂纹萌生和扩展三个阶段，主要受两种机制支配：

1. 1.

   阳极溶解：包括选择性相溶解、膜破裂和膜滑移机制，其中Mg₁₇Al₁₂等第二相与基体的电偶作用加速局部溶解。

2. 2.

   氢脆（HE）：腐蚀副产物氢通过四种途径致脆：

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     氢增强脱聚（HEDE）弱化原子键合力

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     氢促进局部塑性（HELP）加速位错运动

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     吸附氢诱导位错发射（AIDE）

   • •

     延迟氢化物开裂（DHC）

性能调控的"四维"策略

1. 1.

   合金设计：

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     适量Al（3 wt.%）可优化MgLi₂Al相分布，而过量（5 wt.%）会加剧局部腐蚀

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     Zn添加量>1 wt.%时，Mg-Li-Zn相引发微电偶腐蚀

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     钇（Y）细化晶粒但Al₂Y相可能成为阴极

2. 2.

   热处理创新：

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     T4处理溶解MgZn₂相使腐蚀坑深度从100 μm降至5 μm

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     T6处理使α-Mg相球化，裂纹需消耗更高能量穿过硬化相

3. 3.

   机械加工优化：

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     交叉轧制（CR）比单向轧制（UR）更利于I相均匀分布

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     超声纳米表面改性（UNSM）产生425 μm梯度硬化层，疲劳寿命提升14.9%

4. 4.

   表面工程突破：

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     等离子电解氧化（PEO）涂层通过MgO致密层阻挡离子渗透

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     超疏水（SHP）处理使接触角达163.1°，延缓介质渗透

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     激光熔覆（LC）形成Ni₂MnAl固溶体提升化学稳定性

未来发展的"智能"方向

在生物医学领域，需平衡合金元素（如Ca、Sr）的腐蚀抑制与细胞毒性；新型添加剂制造技术（如FSAM）可通过晶粒细化至4.1 μm提升性能，但需解决LPBF工艺孔隙率问题。开发具有环境响应性的智能缓蚀剂、以及能同步监测腐蚀状态的"自感知"涂层，将成为突破EAC瓶颈的关键。