mgli合金研究现状及发展方向

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1、2013中国铸造活动周论文集Mg－Li合金研究现状及发展方向陈刚，董天顺，刘金海，张建军，常立杰（河北工业大学材料科学与工程学院，天津300132）摘要：作为当今最轻的合金材料，镁锂合金日益受到广泛的关注。本文首先简述了Mg-Li合金的特点及应用，随后对Mg-Li合金的发展史、国内外研究现状进行了介绍，在此基础上综述了Mg-Li合金性能改善的途径，主要包括合金化、晶粒细化、复合强化和表面处理等，最后对Mg-Li合金的发展方向提出了展望。关键词：镁锂合金；特点；性能改善；发展1Mg-Li合金的特点及应用镁锂合金是迄今

2、为止最轻的合金材料。镁的原子序数为12，其密度为1.738g/cm3，锂的原子序数为3，其密度为0.534g/cm3。随着锂元素在镁中加入量的增加，合金的密度逐渐减小，一般为1.35～1.65g/cm3，比普通的镁合金轻1/4～1/3，比铝合金轻1/3～1/2。当锂含量为0～5.7%时，镁锂合金为α相；当锂含量增加到5.7%时，镁锂合金由密排六方结构向体心立方结构转变；当锂含量为5.7%～10.3%时，镁锂合金为α+β相；当锂含量大于10.3%时，则为β相。Mg-Li合金不仅具有镁合金的优点，还具有自身的突出特点：

3、高的比强度和比模量，良好的减震性及抗高能粒子穿透能力，较好的抗低温冲击性能，且低温时还具有很高的塑性，易于轧制成薄板和挤压成异型材。由于镁锂合金具有轻量化的优点，首先受到了航空航天部门的青睐，如座舱架、座椅、吸气管、导弹舱段、避板、副蒙皮、直升机上机匣等都是用镁锂合金制作。我国的神舟7号载人飞船自主飞行第31圈时，释放的伴飞小卫星是由上海微小卫星工程中心采用轻型镁锂合金材料作为主结构框架研制的，使整星重量不超过40kg。另外镁锂合金在军用和民用等领域也得到了广泛的应用。2012年，EC旗下PC分公司在日本正式发布了

4、材质为镁锂合金、世界上最轻的超极本—13.3英寸的LaVieZ系列，重量仅875g。2Mg-Li合金的研究历史及现状1942年，美国冶金学家A.C.Loonam提议向镁合金中添加金属锂，使镁基合金的点阵结构由hcp变成bcc结构，以期在改善镁合金的加工性能的同时进一步降低镁基合金的密度。1954年Freeth[1]提出了完整精确的Mg-Li平衡相图。Jackson指出合金元素的适当添加能有效地改善合金的强化性能，并且有益于力学性能的稳定性。Frost、Kura和Eastwood研究时效特点时发现能够增强含6.0%L

5、iα相合金硬度和改善稳定性的是那些Al、Zn、Ag、Cd和Hg等在高温下相对易熔的元素。在20世纪60～70年代期间，欧美科学家研究Mg-Li系的着重点在于除了力学性能以外的诸多性能，包括光学性质、热激活参数、作电池阳极用时的各种性能、软X射线辐射和自吸收性能。80年代中期开始，科学家着手通过探索表面处理、快速凝固(RSP)工艺、Mg-Li基复合材料、Mg-Li-Re系合金等途径来获得低密度、高比强度兼有其它优良性能的超轻合金。德国人K.Schemme等人首次使用激光对Mg-Li-Al合金进行表面热处理。日本学者进

6、行了对Mg-Li合金添加常规元素、稀土元素（Re）的性能及时效机理、冷热加工性能等方面的研究，并取得一定成果。在20世纪末，对Mg-Li合金超塑性的研究较多。前苏联的O.A.Kaibyshev[2]对MA-21(Mg-8.1Li-5.2Al-4.7Cd-0.21Mn-1.38Zn)的超塑性进行了研究，表明晶粒尺寸为15µm的合金材料中有超塑性行为，它的应变速率敏感性指数值m为0.55，在450℃及10-2s-1应变速率下获得475%的伸长率。后来G.Gonzalez-Doncel等人取得晶粒尺寸为5µm的Mg-9.

7、0Li和3.5µm的Mg-9.0Li-5.0B4C材料，在200℃和10-3s-1获得分别为455%和355%的伸长率。12013中国铸造活动周论文集进入21世纪，Mg-Li合金的研究更受到全世界的重视。科学家们不断地探究新方法、新手段来提高Mg-Li合金作为结构材料方面的优良性能，也在不断地拓宽Mg-Li合金在其他领域的应用。刘鹏[3]的研究表明，通过氢化处理可以明显提高铸态Mg-Li-Zn-Y-Zr-LPC合金的力学性能。哈尔滨工程大学[4]开展了以熔盐电解镁锂合金为主要方向的研究工作，并且在低温电解制备镁锂合

8、金方面取得了一定的进展。国外研制的典型镁锂合金成分如表1所示。典型镁锂合金成分[5]表1主要合金元素的含量（%）合金名称组织LiAlZnCeMnMA21MA18LA141LA91α+βββα+β7.0～10.010.0～11.513.0～15.08.0～10.04.0～6.00.5～1.01.0～1.51.0～1.50.2～2.02.0～2.5---0.2～