超轻镁锂基合金及其复合材料研究进展

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1、超轻镁锂基合金及其复合材料研究进展小组成员：潘世超、邹振强、袁天益、高保泰、郭世鼎主要内容一、超轻镁锂基合金概论二、Mg-Li合金的研究进展三、超轻高比强Mg-Li基复合材料的研究现状四、Mg-Li基复合材料的制备方法五、前景展望一、超轻镁锂基合金概论1.定义所谓镁锂合金，以镁为基体元素和锂为第一位或主要合金元素的合金。2.特性密度(1.35~1.65)g/cm3，减振性能好，抗高能粒子穿透能力强。它是目前结构金属材料中密度最低者，在镁金属中添加锂元素，一般含锂14-16%，其比重介于1.4-1.6，较一般镁合金的1.8更低，比塑料密度略高，强度220～34

2、0MPa，弹性模量40GPa。阻尼大，是铝合金的十几倍，也就是能吸收冲击能量，减震降噪效果好.在屏蔽电磁干扰方面,镁锂合金也有突出表现。由于体心立方结构的出现，使Mg-Li合金的塑性得到极大改善，改变了镁合金因滑移系少，加工成型困难的缺点，从而引起各国研究者的极大兴趣。镁锂合金是世界上最轻的金属结构材料，具有良好的导热、导电、延展性，在航空航天、国防军工等领域有着广泛的应用。随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高，镁锂合金在需要轻量化结构材料的交通、电子、医疗产品等领域也展现出广阔的应用前景。同等大小的飞机结构件，采用西安航

3、空基地入区企业研发的新型镁锂合金超轻材料制造，能比铝、镁等常规材料至少减重50%。NEC重量不超999g、全球首个使用镁锂合金外壳的超极本"LaVieZ"日本NEC商用超极本VersaProUltraLiteTypeVG，外壳采用镁锂合金，整机重约875g，机身最厚处仅14.9mm。目前NECVersaProUltraLiteTypeVG在官网的含税价格为131565日元(约合人民币10700元)。镁锂合金二元相图由图可知，随着锂含量的增加，Mg-Li合金可分为α相合金(ω（Li）＜5.5%)、α+β两相合金(5.5%＜ω（Li）＜11%)和β相合金(ω（L

4、i）＞11%)。其中α为锂固溶于镁中的固溶体，具有密排六方晶体结构；β为镁固溶于锂中的固溶体，具有体心立方结构。二、Mg-Li合金的研究进展Mg-Li合金密度只有1.30～1.65g/cm3，比一般的工业镁合金低15%～25%，比铍合金低25%～30%，比铝合金低50%。Mg-Li合金除具有密度低、塑性好、比强度和比模量高、低温韧性好、对缺口不敏感、各向异性不明显等特性外，还具有镁合金良好的阻尼减震性、导热性、电磁屏蔽性、抗高能粒子穿透等优点，在航空、航天、汽车、现代兵器以及电子产品等领域具有广阔的应用前景。而后，陆军弹道导弹部门与Battelle研究所合作

5、，研制出LA141Mg-Li合金，并将其纳入航空标准AMS4386。20世纪60年代，美国太空总署NASA开发出应用于土星五号(Saturn-V)太空船的Mg-Li合金部件，包括飞船上的电脑外壳、仪表框架及其外壳等。二战爆发推动了镁在宇航领域的发展，美国Battle研究所海军部、宇航局开始大规模合作研制Mg-Li合金，目标是开发出密度低、比强度高、比刚度高、成型性良好、各向异性不明显的超轻合金。美国坦克指挥部与道化公司合作开发了LAZ933Mg-Li合金，在M113型装甲运兵车车体上获得应用。三、超轻高比强Mg-Li基复合材料的研究现状Mg-Li合金存在绝对

6、强度偏低、耐腐蚀性差、室温过时效和低蠕变强度等问题，极大地限制了Mg-Li合金的应用范围。通过合金化可在一定程度上弥补Mg-Li合金的低强度，但合金存在的过时效现象以及由此导致的强度衰减使得合金化方法具有一定的局限性。Mg-Li基复合材料的出现，为Mg-Li合金的强化和尺寸稳定性的改善提供了新的有效途径。与Mg-Li合金相比，Mg-Li基复合材料不仅保留了基体合金的导电、导热及优良的冷、热加工性能，而且具有更高的比刚度和比强度、较好的耐磨性、高温蠕变性能、减震性能及良好的尺寸稳定性，引起了国内外学者的广泛关注。影响金属基复合材料性能的主要因素有：基体合金组织

7、、增强体、增强体与基体的结合状况及制备工艺。对于Mg-Li合金而言，当ω（Li）大于5.5%后，合金中出现具有良好塑性的体心立方晶体结构的β相，使滑移系增多，塑性明显改善，所以复合材料基体中的ω（Li）一般介于5.5%～11%之间。此外，还可根据不同的性能要求添加其它合金元素，但大部分合金元素不改变相图转变点，对组织变化几乎没有影响。常用的基体合金有:Mg-8Li、Mg-9Li、Mg-10Li、Mg-12Li、Mg-8Li-3Al、Mg-11Li-3Al和Mg-14Li-1Al等。几种典型Mg-Li基复合材料的力学性能四、Mg-Li基复合材料的制备方法Mg-

8、Li基复合材料的制备方法主要有搅拌铸造法、压力浸渗法