Mg-Li合金高性能研究進(jìn)展

梁　茜（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心，廣州　510530）

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Mg-Li合金高性能研究進(jìn)展

梁茜
（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心，廣州510530）

摘要：目前關(guān)于鎂鋰合金高性能研究主要通過(guò)合金化、新成形工藝以及復(fù)合材料來(lái)提高M(jìn)g-Li合金的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，相關(guān)研究人員需充分利用該材料體系的特點(diǎn)和現(xiàn)有的研究成果，并針對(duì)性地開(kāi)展工作，把重點(diǎn)放在基礎(chǔ)的熔煉技術(shù)、開(kāi)發(fā)新的加工工藝和設(shè)備上，研發(fā)出高性能的新材料。

關(guān)鍵詞：鎂鋰合金； 強(qiáng)度； 穩(wěn)定性

0　前言

在低密度的合金領(lǐng)域中，鎂合金占有著重要的地位。輕質(zhì)性，功能性，應(yīng)用性，是目前對(duì)新型材料提出的三大特點(diǎn)和要求。Mg-Li合金作為密度最低的金屬結(jié)構(gòu)材料，稱(chēng)超輕合金，是一類(lèi)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?，然而，Mg-Li合金由于其強(qiáng)度低、抗腐性和熱穩(wěn)定性差，也成為影響Mg-Li合金應(yīng)用的主要瓶頸。

1　高強(qiáng)鎂鋰合金

高強(qiáng)超輕的鎂鋰系合金的開(kāi)發(fā)是鎂合金研究的熱點(diǎn)之一。從20世紀(jì)40年代起，美國(guó)開(kāi)始大規(guī)模合作研制Mg-Li合金，并前后成功開(kāi)發(fā)了LAZ933 合金和LAl41合金，且這兩種材料分別被用于制造軍用裝甲車(chē)和航空部件。近些年來(lái)，為獲得高絕對(duì)強(qiáng)度、高比強(qiáng)度的鎂鋰合金，不少研究者從材料的成分設(shè)計(jì)和制備鎂鋰基復(fù)合材料等角度出發(fā)，取得了一定的研究成果。

1.1合金化高強(qiáng)鎂鋰合金

在鎂鋰合金中加入一些合金元素，是提高合金強(qiáng)度的一種方法，如表1所示，為部分近年來(lái)鎂鋰合金在合金化方面研究的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

表1　相關(guān)合金化的鎂鋰合金力學(xué)性能（*表示拉伸強(qiáng)度）

在Mg-Li合金中加入其他合金元素，一方面可以通過(guò)固溶強(qiáng)化和時(shí)效處理在基體內(nèi)形成彌散析出的強(qiáng)化相來(lái)提高強(qiáng)度；另一方面，加入的合金元素與基體元素形成金屬間化合物，提高M(jìn)g-Li基合金的蠕變抗力。

1.2鎂鋰基復(fù)合材料

從20世紀(jì)80年代中期人們開(kāi)始Mg-Li基復(fù)合材料的研究。目前已發(fā)表的文章來(lái)看，Mg-Li基復(fù)合材料達(dá)到的比強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度在鎂鋰合金體系中是最高的，如表2所示，為部分近年來(lái)鎂鋰合金在復(fù)合材料方面研究的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

表2　鎂鋰基復(fù)合材料力學(xué)性能（* 表示壓縮強(qiáng)度）

目前鎂鋰合金研究已取得了一定的進(jìn)展，在未來(lái)的發(fā)展方向上也主要是以目前的這些研究方法為基礎(chǔ)，進(jìn)一步使方法更加成熟、穩(wěn)定，同時(shí)采用多元化方法，綜合提高材料性能。所以將來(lái)的應(yīng)用方向可能是，采用多元素合金化的基體合金、合適的成形工藝來(lái)制備性能優(yōu)異的復(fù)合材料。

2　高穩(wěn)定鎂鋰合金

鎂鋰合金的穩(wěn)定性較差，所以在制備高性能鎂鋰合金時(shí)，如何提高其穩(wěn)定性是需要考慮的一個(gè)方面。目前許多研究表明，在通過(guò)多元合金化的方法，可提高鎂鋰合金強(qiáng)度，但是塑性會(huì)降低，尤其是性能的穩(wěn)定性變差，在較高的溫度甚至室溫下易出現(xiàn)“過(guò)時(shí)效”現(xiàn)象。

在提高鎂鋰合金強(qiáng)度的穩(wěn)定性研究中，不少研究者發(fā)現(xiàn)稀土在改善材料力學(xué)性能穩(wěn)定性方面能起到積極的作用。Tanno等對(duì)Mg-8%Li中添加稀土元素之后的性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與其它強(qiáng)化元素不同，添加稀土元素不會(huì)產(chǎn)生過(guò)時(shí)效，這表明稀土元素能夠提高M(jìn)g-Li合金的熱穩(wěn)定性，并能通過(guò)時(shí)效處理獲得高溫下的強(qiáng)度，但塑性仍有降低。劉濱研究Ce對(duì)Mg-Li-Al合金強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)合金加入Ce后耐熱性得到改善。Wang T還重點(diǎn)研究了Ce對(duì)Mg-Li-Al系合金時(shí)效硬化的影響，研究表明Ce加入到Mg-8.5Li-3Al合金后，起到了抑制時(shí)效硬化相MgLi2A1和時(shí)效軟化相A1Li相生成的作用。除了稀土能提高合金性能穩(wěn)定性，近年來(lái)研究結(jié)果表明，通過(guò)陶瓷纖維及顆粒復(fù)合強(qiáng)化制備的鎂鋰復(fù)合材料，在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，也可改善其組織及性能的穩(wěn)定性。

3　前景展望

縱觀(guān)Mg-Li合金的研究歷史，國(guó)外對(duì)鎂鋰合金的研究較多，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的研究少得多。從目前的研究成果來(lái)看，Mg-Li合金技術(shù)上還存在熔煉成本較高、性能穩(wěn)定性差等問(wèn)題，大大限制了Mg-Li合金的應(yīng)用。因此，需充分利用該材料體系的特點(diǎn)和現(xiàn)有的研究成果，并針對(duì)性地開(kāi)展工作，把重點(diǎn)放在基礎(chǔ)的熔煉技術(shù)，還有開(kāi)發(fā)新的加工工藝和設(shè)備，研發(fā)出高性能的新材料。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.002