摘要：双相镁锂（Mg-Li）合金兼具极低密度与较高可塑性，但普遍存在强度不足的问题。文章基于铸态双相Mg Li合金，对比研究了常规热处理和不同参数脉冲电流处理对其微观组织与力学性能的影响。结果表明，铸态合金的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别为133MPa、151MPa、15%。经过常规热处理后，合金的屈服强度和抗拉强度均有所提升，分别达到148MPa和166MPa，但断后伸长率从15%降至11%。与常规热处理相比，适当参数的脉冲电流处理在提升合金强度的同时可以显著改善塑性，M-2的抗拉强度达到181MPa，断后伸长率提升至23%，实现了强塑性的良好协同。

　　关键词：镁锂合金；脉冲电流；热处理；微观组织；力学性能

　　双相Mg-Li合金以其极低的密度（1.3~1.6g·cm-3）和高比强度，在航空航天及3C器件领域展现出巨大的应用潜力，成为实现结构轻量化的重要候选材料［1］。特别是在含Li量约8~12wt.%的成分范围内，该合金在室温下呈现出α-Mg（hcp结构）与β-Li（bcc结构）两相共存的双相组织，这种独特的双相结构中，β相的存在为合金提供了多滑移系，从而赋予其良好的室温延展性，使得双相Mg-Li合金在拉伸塑性方面优于单相镁合金。然而，α/β两相在晶体结构、弹性模量及位错运动学上的显著差异，导致双相Mg-Li合金普遍面临强度不足的挑战［2］。

　　传统热处理工艺虽能在一定程度上促使α-Mg相形貌圆整并发生成分再分配，提升合金强度，但长时间的高温处理易引发Li元素损失与组织粗化，进而加剧α/β相界的力学错配，提高裂纹萌生的敏感性，导致合金延性显著下降［3］。因此，如何在较短时间内实现合金组织的重构，兼顾强度与塑性的提升，成为双相Mg-Li合金走向工程应用的关键工艺科学问题。

　　近年来，脉冲电流处理作为一种新兴的电热力多场耦合方法，因其综合了焦耳热效应、电子风力效应及电致塑性效应而备受关注［4-5］。该方法能够在极短时间内显著提高原子的扩散速率，促进位错回复与再排列，形成细小的析出体，从而细化晶粒、调控织构并优化析出动力学。已有研究表明，脉冲电流处理技术在镁合金及Al-Mg-Li合金中能够有效改善其微观组织和力学性能，然而，针对双相Mg-Li合金体系，关于不同脉冲参数下组织演化与力学性能之间的系统关联研究仍相对欠缺。

　　因此，围绕铸态、常规热处理及三组不同参数的脉冲电流处理对双相Mg-Li合金微观组织与力学性能的影响展开对比研究。通过系统的实验分析，明确不同处理条件下的应力应变曲线特征及力学性能指标，解析α-Mg/β-Li相形貌与相界特征的演化规律，提出脉冲电流处理技术的有效参数窗口。本研究不仅有助于深入理解脉冲电流处理对双相Mg-Li合金性能优化的微观机制，也为该类合金的工程化应用提供了重要的理论依据和技术支持。

　　1实验材料与方法

　　1.1实验材料

　　文章所用材料为自行熔炼的Mg-Li双相合金，采用真空感应熔炼炉，首先将纯镁锭置于石墨坩埚中，抽真空至5×10-3Pa之后充入氩气保护。将真空熔炼炉升温至720℃时Mg完全熔化，保温20min后浇铸到预热的不锈钢模具中。

　　1.2处理方案

　　编号Y为原始铸态双相Mg-Li合金；编号R为经过常规热处理的双相Mg-Li合金；编号M为经过脉冲电流处理的双相Mg-Li合金，M-1、M-2、M-3和M-4分别代表不同的脉冲电流参数，常规热处理及脉冲电流处理参数，如表1所示。

　　1.3组织观察与性能测试

　　室温下以1mm·min-1的加载速率进行拉伸测试，采用0.2%偏移法确定屈服强度，工程应力峰值作为抗拉强度，断裂总应变作为断后伸长率。利用扫描电镜观察α/β两相组织特征及拉伸断口形貌，并使用EDS辅助分析第二相富集元素。

　　2结果与讨论

　　2.1应力应变曲线特征与力学性能指标分析

　　铸态、常规热处理及不同参数脉冲电流处理条件下，Mg-Li双相合金的室温拉伸应力应变曲线，如图1所示，力学性能如表2所示。图1中铸态合金的应力应变曲线呈现典型的线弹性-平滑屈服-均匀塑性变形-颈缩断裂特征，其屈服强度为133MPa，抗拉强度为151MPa，断后伸长率为15%。常规热处理后合金的屈服强度和抗拉强度分别提升至148MPa和166MPa，但断后伸长率显著下降至11%，从应力应变曲线来看，热处理后的合金在进入颈缩阶段的应变水平明显提前，均匀塑性变形阶段缩短。与常规热处理相比，M-1、M-2两种参数的脉冲电流处理在提升合金强度的同时显著提高了塑性。其中，M-2试样的抗拉强度达到181MPa，断后伸长率提高至23%，实现了强塑性的良好协同，从应力应变曲线来看，合金在屈服后展现出更为平缓的流动应力平台，均匀塑性变形阶段显著延长；M-3试样的抗拉强度、屈服强度虽相较于常规热处理有所提高，屈服强度和抗拉强度分别为160MPa、179MPa，但均匀塑性阶段相较于M-2较短，断后伸长率仅有14%。进一步对比发现，处理温度和时间对脉冲高电流处理效果具有显著影响。M-1合金虽然也展现出较高的强度和塑性但低于M-2合金，这可能是因为过长的处理时间导致了析出相的粗化，从而减弱了强化效果，而M-3合金由于处理温度较低，扩散和位错重排动力不足，导致组织调控效果不足。

　　2.2微观组织演化及其对力学性能影响机制

　　铸态及常规热处理后的Mg-Li双相合金微观组织，如图2所示。

　　铸态合金中α-Mg相呈粗大的枝晶状分布，β-Li基体连续分布其间，这种组织形态导致相界面积较大，裂纹易沿相界扩展，从而限制了合金的塑性。常规热处理后，α-Mg相枝晶发生熔断和球化，尺寸有所减小，但分布仍不均匀。同时，β-Li基体内析出了少量粗大的第二相粒子，这些粒子的存在虽然在一定程度上提升了合金的强度，但也成了裂纹萌生的潜在源头。

　　如图3所示，脉冲电流处理后合金的微观组织发生了显著变化。以M-2为例，α-Mg相已完全球化，尺寸均匀且细小，平均直径约为2~3μm；同时，β-Li基体内析出了大量纳米级MgLi2Zn相［6］，这些析出体均匀分布在基体中，形成了有效的强化相。α-Mg相的球化减少了相界面积，降低了裂纹沿相界扩展的敏感性；纳米级析出体的存在通过Orowan强化机制有效阻碍了位错运动，而位错则通过动态应变硬化效应提升合金的加工硬化能力，这些因素协同作用，最终实现了Mg-Li双相合金强塑性的同步提升。

　　3结论

　　综上所述，处理温度和时间对脉冲电流处理的效果具有显著影响，处理温度过低会导致原子的扩散速率减慢，α-Mg相的球化不充分，而处理时间过长则可能导致析出体的粗化。当脉冲电流处理参数为处理温度300℃、处理时间10min、脉冲电流频率2000Hz、占空比20%、脉冲电流300A时，实现了Mg-Li双相合金强塑性的良好协同，屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别达到166MPa、181MPa、23%。

参考文献

　　［1］杨迪，闫亮明.镁锂合金强化行为研究现状［J］.塑性工程学报，2023，30（1）：1-10.

　　［2］彭翔，刘文才，吴国华.镁锂合金的合金化及其应用［J］.中国有色金属学报，2021，31（11）：3024-3043.

　　［3］刘斌，刘佳佳，李武超，等.热处理工艺对α+β双相镁锂合金组织和力学性能的影响［J］.热加工工艺，2017，46（14）：202-205.

　　［4］孟宝，潘丰，万敏.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［J］.塑性工程学报，2023，30（6）：142-150.

　　［5］刘志义，刘冰，邓小铁，等.脉冲电流对2091铝锂合金再结晶动力学的影响［J］.中国有色金属学报，2000（6）：837-842.

　　［6］杨振雷.Mg-Li基合金中第二相的形变诱发析出及其强韧化机理研究［D］.西安：西安理工大学，2024.