先看一組鎂鋁合金的視頻，以下內(nèi)容為鎂鋰合金，不一樣的
Mg 是密排六方 (hcp) 結(jié)構(gòu)金屬，滑移系少，只有(0001) 一組滑移面，加工困難，這限制了它的應(yīng)用。Mg 中以 Li 為主要添加元素， 即構(gòu)成了 Mg-Li 合金。這種合金由于軸比 c/a 的降低， 在基面滑移系{0001} 〈 1120 〉 之外增加一個棱面滑 移系 {1011}〈 1120 〉， 晶體結(jié)構(gòu)還可從 hcp 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)（ bcc 結(jié)構(gòu)， β 相），合金延展性提高、塑性成形能力增強，使其可加工性提高。Mg-Li 合金還是無毒金屬材料中最輕的合金， 其密度低于水。此外 Mg-Li系合金還具有彈性模量高，抗壓屈服強度高，各向異性不明顯，塑性和沖擊韌性好，對缺口不敏感和良好的阻尼性能， 抗高能粒子穿透能力強等一系列的優(yōu)點。因此， Mg-Li 合金不僅能滿足航空、航天工業(yè)對輕質(zhì)材料的需求，而且可減小振動，降低宇宙射線對電子儀器設(shè)備的干擾，在航空、航天、電子、軍事等領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。
Mg-Li合金發(fā)展歷史
1910 年，德國學(xué)者 Mising 等發(fā)現(xiàn) Mg 和 Li 用時的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。1934～1936年，美、德、英三國學(xué)者相繼測定了Mg-Li 二元相圖。隨后從 20 世紀(jì) 40年代起，美國開始大規(guī)模研制Mg-Li 合金，目標(biāo)是開發(fā)出密度低、比強度高、比剛度高、成形性良好和各向異性不明顯的超輕鎂合金。隨后美國成功開發(fā)了 LAZ933 合金，而后研制出了 LA141合金。20 世紀(jì) 80 年代， 美國開始嘗試 Mg-Li 合金的制備新工藝及 Mg-Li 基復(fù)合材料的制備， 并制備出 Mg-Li/B4C 復(fù)合材料。20 世紀(jì) 60 年代中期至 90 年代，前蘇聯(lián)開發(fā)出了 MA18、MA21等超輕Mg-Li 合金。日本于 20 世紀(jì) 80 年代開始大規(guī)模研制 Mg-Li 合金。Mg-Li 合金研究伊始，其目標(biāo)就是發(fā)展在軍事及航空、航天領(lǐng)域的應(yīng)用。20 世紀(jì) 80 年代以來，隨著要求宇航器件減重、兵器輕量化的發(fā)展，對超輕鎂合金材料的要求更加迫切，美國、歐洲、俄羅斯、日本等國對Mg-Li 合金及 Mg-Li 基復(fù)合材料的研制越來越重視。我國對 Mg-Li 合金也進(jìn)行了一些基礎(chǔ)性研究工作， 而且 2010 年國內(nèi)首條 Mg-Li合金生產(chǎn)線也已投產(chǎn)。
Mg-Li 二元相圖
圖 1 為 Mg-Li二元相圖。Mg-Li 合金中根據(jù) Li 含量及結(jié)構(gòu)的不同，一般分為3種類型：①Li<5.7%，這類合金由 Li在 Mg中的固溶體
圖 1 鎂鋰合金的二元相圖
α相組成，具有密排六方(hcp)結(jié)構(gòu)，這種合金由于軸比 c/a 減小，滑移面增加了{1010}或{1011}，因此，盡管合金仍然為 hcp結(jié)構(gòu)，其可加工性提高。② 5.7%<Li<10.3%，這類合金具有(α+β)兩相組織，其中β相是 Mg在 Li中的固溶體，為體心立方(bcc)結(jié)構(gòu)，具有較高的塑性。③Li含量大于10.3%，這類合金全部由β相組成。
JSW1300T半固態(tài)射出成型機
合金化、 熱處理及變形處理對鎂鋰合金組織及性能的影響
Mg-Li 合金
向純 Mg 中加入 Li 元素，即構(gòu)成了最簡單的二元 Mg-Li 合金，目前主要對這種合金的加工過程進(jìn)行了少量研究。Mg-7.83Li合金在 573K 時有明顯的超塑性，伸長率達(dá)到 850%，晶粒長大；在的變形機制圖對比表明， 合金超塑性變形機制為晶格擴散控制的位錯調(diào)節(jié)的晶界滑移。
Mg-Li-Al 合金
向 Mg-Li 合金中添加 Al，將提高合金的硬度及強度。隨 Li含量的降低及Al 含量的增加，合金硬度增加。表 1 列出了部分合金的力學(xué)性能。研究表明，Ce可細(xì)化不同鋰含量(8%～16%)的 Mg-Li-Al合金。Ce 的加入提高了合金的強度和耐熱性能， 大量 Al2Ce的存在，易割裂基體，使強度降低；分布在晶界附近的稀土化合物改變了合金的斷裂方式。在晶粒細(xì)化和 β相變形的協(xié)同作用下，擠壓態(tài)的 Mg-8Li-1Al-1Ce鎂合金的力學(xué)性能合金比鑄態(tài)合金明顯提高，屈服強度由 141MPa 提高到 175MPa， 伸長率由 16%提高到 33%。Nd可以使Mg-11Li-1Al 合金晶粒細(xì)化，并且均勻化，合金硬度增大，加入 3.0%左右的 Nd，晶粒細(xì)化效果最佳，硬度最高。
573 K 和 1.67×10-3s-1 條件下制備的Mg-8.42Li合金伸長率達(dá)到 920%，組織中的空洞較少，且在變形區(qū)中隨機而孤立地分布。觀察斷裂形貌可發(fā)現(xiàn)，Mg-8.42Li合金Ca 以及 Ca 與電磁攪拌復(fù)合作用都能改善 Mg-8Li-3Al 合金的凝固組織和力學(xué)性能；當(dāng)鑄態(tài)合金中 Ca含量為0.5%時，合金中β相細(xì)小均勻，室溫抗拉強度和伸長率分別達(dá)到 188.93MPa和 11.35%；施加 80V電磁場電壓以及加入0.5%Ca 后，晶粒組織均勻有序，布氏硬度、抗拉強度和伸長率分別為 67.5HB、203.8MPa 和 7.7%。
Al-5Ti-1B 中間合金是鋁合金中常用的高效的晶粒細(xì)化劑，它同樣可使 Mg-14Li-1Al(LA141)合金晶粒細(xì)化，200℃時冷軋 LA141合金板組織為均勻細(xì)小等軸晶，且具有較高的埃里克森值(IE=10)，具有較好的成形性。這是由于 TiB2、AlB2與β-Li 有很好的晶體學(xué)匹配，均有可能成為異質(zhì)形核核心，從而起了晶粒細(xì)化的作用。
隨稀土添加量的增加，Mg-5Li-3Al-2Zn(LAZ532) 合金中，鋁稀土相逐漸增加，AlLi 相減少。經(jīng)熱處理后，添加量為 1%稀土的 LAZ532合金達(dá)到最好的力學(xué)性能。力學(xué)性能的差異與第二相的形態(tài)分布和固溶強化直接有關(guān)， 合金的斷裂模式主要是脆性斷裂， 隨著稀土的添加斷裂方式向準(zhǔn)解理斷裂方式轉(zhuǎn)變。Yan等研究了冷軋后的Mg-8Li-2Al-2RE合金板材，沿軋制方向伸長率為35%，沿著與軋制方向成 45°方向伸長率為 21%， 這項研究成果具有非常高的應(yīng)用價值，值得繼續(xù)關(guān)注。
JSW鎂合金半固態(tài)成型設(shè)備系列
Mg-Li-Zn 合金
Mg-Li-Zn 合金為時效硬化型合金， 由于 Li 含量及 Zn含量的差異，合金中第二相析出行為不同，導(dǎo)致其時效硬化行為的差異。Mg-9Li-1Zn 合金適宜的退火溫度為 280～300℃，退火溫度過高會出現(xiàn)晶粒長大， 表面脫鋰等現(xiàn)象，300℃退火 60min 后，充分完成再結(jié)晶軟化的合金在后續(xù)冷軋時， 總變形率可達(dá) 70%。
Chen等研究了 Mg-7.8Li-4.6Zn-0.96Ce-0.85Y0.30Zr合金在260 ℃時的擠壓過程(σ0.2= 256 MPa， σb = 260MPa，δ=14%)。在溫度為 250～450℃和應(yīng)變速率范圍為 0.001～10s-1環(huán)境下， 進(jìn)行了熱壓縮試驗， 從試驗得到流變應(yīng)力的數(shù)據(jù)被用于變形機制圖的研究。稀土金屬間化合物和α相會加速β相中的動態(tài)再結(jié)晶過程，較軟的β相減緩了α相中的動態(tài)再晶過程。
Mg-Li-RE 合金
稀土元素可分為Sc、輕稀土(La 至 Eu，共 7 種) 和重稀土(Y、Gd 至 Lu，共 9 種)3 部分。輕稀土在鎂中固溶度小于 5%， 鈧和重稀土在鎂中固溶度大于 10%。稀土金屬熔點高，與鎂、鋰熔點相差大，合金熔煉困難，故早期研究較少。隨著熔煉技術(shù)的改進(jìn)，與稀土有關(guān)的鎂鋰合金研究開始增多。
Sc 會使 Mg-Li 合金的晶粒細(xì)化、 組織均勻，經(jīng) 200℃× 9h 時效處理后，Mg-3Li-1Sc合金的硬度更高，綜合力學(xué)性能得到提高。MgSc 點狀相在基體上均勻地彌散析出和晶粒細(xì)化是合金強化的主要原因。固溶處理可增大 Mg-3.04Li-0.77Sc合金的最大應(yīng)變，而時效處理可顯著提高該合金的動態(tài)屈服強度，在高應(yīng)變率沖擊載荷下，固溶及固溶 + 時效態(tài) Mg-3.04Li-0.77Sc合金產(chǎn)生了明顯的剪切變形局部化現(xiàn)象。在應(yīng)變率 1350～2400s-1內(nèi)，熱軋及退火處理后，Mg-3Li-1Sc 合金的動態(tài)屈服強度隨應(yīng)變率增加而明顯提高，且合金的動態(tài)變形行為呈現(xiàn)為應(yīng)變率強化效應(yīng)。當(dāng)應(yīng)變率進(jìn)一步提高至 2800 s-1 時，合金的動態(tài)變形行為又表現(xiàn)為應(yīng)變率弱化效應(yīng)。
鎂合金應(yīng)用范圍產(chǎn)品圖片
AZ91D+碳成型測試
鑄態(tài) Mg-7.28Li-8.02Y合金主要由β(Li)相基體和α(Mg)相以及沿晶分布呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的γ(Mg24Y5) 相組成。對鑄態(tài) Mg-7.28Li-8.02Y做固溶熱處理后發(fā)現(xiàn)，隨著淬火溫度由 300℃升高至 500℃，Mg 及 γ(Mg24Y5)相在β相中的固溶程度增加，合金淬火硬度增加，γ(Mg24Y5)相呈圓球狀均勻分布，其共同作用使合金抗拉強度大幅度提高；但 150℃時效后，晶粒長大和長時間時效使 Mg在β相中固溶度降低，α 相沿β相晶界析出，導(dǎo)致合金硬度、強度及塑性有所下降。鎂鋰合金新的制備方法也在不斷出現(xiàn)， 如在 LiCl-KCl-MgCl2電解質(zhì)中加入Pr6O11， 電沉積 Mg-Li-Pr合金，分析表明，Pr在合金中均勻分布，在合金中鐠以Mg3Pr的形式存在，隨著鐠含量的增加，Mg-Li 合金由α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?，同時晶粒的細(xì)化更加明顯，力學(xué)性能得到提高。
END
盡管現(xiàn)階段鎂鋰合金在強度和耐腐蝕性能、制備工藝、合金成本、市場空間上還存在一些問題，但作為具有優(yōu)良塑性的輕質(zhì)合金，在航空航天、電子、軍工上已顯示出無可匹敵的優(yōu)越性能。近年來，通過合金化、快速凝固、 制備復(fù)合材料等領(lǐng)域的深入研究，合金的綜合性能及加工技術(shù)不斷提高，使合金的生產(chǎn)成本下降。鎂鋰合金今后的研究重點是以合金化為主，兼顧制備技術(shù)和材料復(fù)合技術(shù)的研究方向。我國是鎂資源大國，同時也是航空航天、汽車和通訊產(chǎn)品巨大的潛在市場，如果充分利用鎂鋰合金塑性較高的特性，提高其在室溫變形下的成形性能，必然能使鎂鋰合金的應(yīng)用和開發(fā)進(jìn)入良性循環(huán)的軌道，因此研究鎂鋰合金具有獨特的優(yōu)勢和極大地社會效益和經(jīng)濟效益。
參考原文 :仲志國 ,盧志文 ,趙亞忠 ——鎂鋰合金的研究進(jìn)展《材料熱處理技術(shù)》
原文始發(fā)于微信公眾號（深圳市興榮精密機械有限公司）：鎂鋰合金的研究