新型鎂鋰合金材料應(yīng)用

新型鎂鋰合金已應(yīng)用于中國(guó)成功發(fā)射的首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中的高分辨率微納衛(wèi)星上，大幅減輕了衛(wèi)星重量，顯著提高有效載荷，降低了發(fā)射成本。

新型鎂鋰合金與鋁合金相比，同樣大小，重量?jī)H是鋁合金的一半，但比強(qiáng)度高于鋁合金。此外，這種新型鎂鋰合金的阻尼性能優(yōu)異，是鋁合金的十幾倍，減震降噪效果好，在屏蔽電磁干擾方面表現(xiàn)突出。

西安交通大學(xué)柴東朗教授及團(tuán)隊(duì)，通過(guò)向金屬鎂中添加金屬鋰，使其具備了低密度、高比剛度、高比強(qiáng)度的優(yōu)異力學(xué)性能和減震、消噪的高阻尼性能，以及抗輻射、抗電磁干擾性能，代表了鎂合金發(fā)展的技術(shù)前沿，被稱為未來(lái)最為“綠色環(huán)?！钡母锩圆牧?。

鎂鋰合金早在1960年代，美國(guó)NASA即開(kāi)發(fā)應(yīng)用于航天工業(yè)零件上，然因鋰價(jià)昂且耐蝕性，使Mg-Li合金發(fā)展停滯。近年來(lái)，因熔煉與表面處理技術(shù)精進(jìn)，大批量使用，使Mg-Li合金再受矚目。

在美國(guó)、日本、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)都有商業(yè)鎂鋰合金系，而在中國(guó)則沒(méi)有相應(yīng)的合金系。我國(guó)對(duì)Mg-Li合金的研究還處于起步階段，中鋁鄭州輕金屬研究院在2010年成功研制超輕鎂鋰合金，領(lǐng)頭中國(guó)鎂鋰合金發(fā)展。

變形鎂鋰合金產(chǎn)品形態(tài)有箔、板、管、棒、型材等，可薄至0.06mm壁厚。鑄造鎂鋰合金有各種尺寸的鑄錠。

牌號(hào)有LA141(Mg85-Li14-Al1)、LA91、LZ91、LAZ933 (Mg85-Li9-A3-Zn3)、LAZ931 (Mg85-Li9-A3-Zn1) 、MA18、MA21。

鋰(Li)為一種銀白色的輕金屬;熔點(diǎn)為180°C，沸點(diǎn)1342°C，密度0.53g/cm3，硬度0.6。金屬鋰可溶于液氨。純鋁太軟,當(dāng)在鋁中加入少量的Li、Mg、Be等金屬熔成合金，既輕便，又堅(jiān)硬。

鎂鋰合金(magnesium-lithium alloy )它是結(jié)構(gòu)金屬材料中密度最低者，在鎂金屬中添加鋰元素，一般含鋰14-16 %，其比重介于1.4-1.6，較一般鎂合金的1.8更低，比塑料密度略高，強(qiáng)度220～340MPa，彈性模量40GPa。阻尼大，是鋁合金的十幾倍，也就是能吸收沖擊能量，減震降噪效果好.在屏蔽電磁干擾方面,鎂鋰合金也有突出表現(xiàn)。

鎂鋰合金材料除超輕外，最大特色為可常溫塑性加工成型，如軋延、沖壓等技術(shù)大量生產(chǎn)，也可鑄造成型和半固態(tài)注塑成型。

輕金屬材料在減少環(huán)境污染和能量消耗的作用已經(jīng)被廣泛的認(rèn)識(shí)，鎂的密度只有1.74g/cm3，因此是已經(jīng)應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)材料。鎂合金由于其高的熱傳導(dǎo)效率、顯著地減震作用以及電子屏蔽作用強(qiáng)被廣泛應(yīng)用于3C電子工業(yè)。然而由于鎂合金的秘排六方結(jié)構(gòu)，使其冷加工變形顯得相當(dāng)困難，這種困難基本上抵消了鎂合金的優(yōu)點(diǎn)，嚴(yán)重限制鎂合金在工業(yè)上應(yīng)用。

金屬鋰在鎂合金中添加后可以使鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行冷加工變形的結(jié)構(gòu)，因此以補(bǔ)償鎂合金密排六方結(jié)構(gòu)的不足。金屬鋰加入鎂合金后同樣也可以使合金的密度降低很多，有利于金屬的輕量化應(yīng)用。

從鎂鋰合金二元相圖中可以看到，當(dāng)Li的含量大致在11wt.%時(shí)，鎂鋰合金的晶體結(jié)構(gòu)將從原先鎂合金固溶體的密排六方轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)i的共熔體的體心立方結(jié)構(gòu)。

鎂鋰合金的β相不僅使合金的密度降低至1.5g/cm3，而且提高了合金在室溫時(shí)候的延展性能。

然而由于二元β相鎂鋰合金低的強(qiáng)度、熔點(diǎn)以及蠕變抗力使其很少在工程領(lǐng)域應(yīng)用。

因此人們開(kāi)始設(shè)計(jì)二元/三元β相鎂鋰合金，通過(guò)合金元素的加入，達(dá)到客服合金的不利缺點(diǎn)

·1955年，Jones通過(guò)對(duì)三元鎂β合金(鎂和鋰的比例為88:12)分析研究其強(qiáng)度和加工硬化性能，Jones指出通過(guò)加入Cd、Zn或者Al在鑄造和軋制過(guò)程中可以產(chǎn)生最佳的性能，但是在常溫下合金不很穩(wěn)定，另一方面添加Si、Cu、Sn或者Ce后合金的機(jī)械性能出現(xiàn)降低。

·1957年，Clarkhe 和Sturkey在研究Mg-19.6Li-18.5Zn時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于析出相MgLi2Zn轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶夥€(wěn)定的LiZn相，室溫下20-30h時(shí)效后，合金快速的達(dá)到最大硬度。

·1980年，Alamo和Barchik通過(guò)研究Mg-11.4Li-1.4Alβ合金的沉淀強(qiáng)化現(xiàn)象并且證實(shí)當(dāng)合金完全固溶后在室溫下時(shí)效，發(fā)生了相的反應(yīng)β-β θ α，當(dāng)θ相( θ 相主要是平穩(wěn)的穩(wěn)定相AlLi相)析出時(shí)合金的硬度達(dá)到最大值。

aluminium-magnesium lithium alloy

可以通過(guò)淬火時(shí)效強(qiáng)化。有與硬鋁相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，密度2.47g/cm3，彈性模量達(dá)73 500MPa，可焊性好，可用于制造各種鋁材和模鍛件。2100433B