1910年，德国Masing在研究Li, Na , K与Mg相互作用时，意外地发现Mg和Li发生有趣的结构转变，并认为该结构是超结构。
1934～1936年，德、美、英三国研究者不约而同地研究了镁锂合金的结构转变，测定了二元相图，相继证实了含量增加到5.7wt%时出现hcp→bcc的转变。
出于军事需要，美国Battelle研究所曾开展大规模的镁锂合金研制工作，试验熔铸批次达1700次。研究目标是开发出比重低、比强度、比刚度高、成形性良好、方向性不明显的超轻合金。其后一段时间，镁锂合金的研究相对处于低潮，这与十多年来关于镁锂合金的力学性能和时效强化的研究效果不理想有关。但是，仍然取得了一些进展，洛克希德导弹与航空公司和IBM公司利用NASA报告中的 LA141信息，开发了航天飞机Saturn-V用Mg-Li合金零件。美军用坦克指挥部与DOW公司合作开发M113型装甲运兵车车体用镁锂合金U7。陆军弹道导弹部门与Battelle研究所合作，研制出了LA141合金并将其纳入航空材料标准AMS4386。1984年美国麦道公司尝试在Mg-9Li-X合金中采用快速凝固新工 咱们的退伍兵C复合材料中研究其超塑性。艺;1990年美国斯坦福大学与海军部在Mg-8Li-4%B
4
[4]
上世纪60年代中期至1990年，前苏联科学院开始研究镁锂合金，开发出了MA21 , MA18等合金，并制造出了强度与延性较好、组织稳定的镁锂合金零件。1983年苏联学者首先实现了MA21合金的超塑性。1984年首创了激光快速凝固细化表层晶粒的新工艺。
自70年代起，德国学者研究了镁锂相图及其合金，对激光快凝新工艺进行了研究。日本一些大学、产业界充分利用美、前苏联两国学者奠基性的工作成果，自90年代末开始，集中对二元Mg-Li、三元Mg-Li-Re(稀土元素)合金进行研究，在8Li-1Zn系中获得最大超塑性延伸率δ=840%，同时开发出了36Li-5Zn,36Li-5Al等密度仅为0.95 g/cm3比水还轻的镁锂合金。其它国家如印度，朝鲜，英国，加拿大、法国、埃及、西班牙、捷克等也有研究报道。[2,5-7] Mg-Li合金具有令人羡慕的优点（低密度，高比强度，高比刚度、优异的塑性，易于加工成形等），同时又存在一些缺点（强度不高、热稳定性差、不耐腐蚀等）。近40年的研究，对于Mg-Li-Al、Mg-Li-Zn 、Mg-Li-Si等三元合金系研究较为充分，并在此基础上研究了四元甚至更多元这三类合金系：
Mg-Li-Al系
此系合金研究得相对较多。Jackson等首先研究了不同Li含量（4％～11％）挤压材的力学性能，表明相同Li含量，随Al含量增加强度提高，延伸率下降；相同Al含量，随Li含量增加，强度下降，延伸率上说谎的男孩
升。Li含量增加，力学性
能稳定性提高。Buck把注意力集中在β相区，其研究表明：Mg-Li-Al合金具有较高的强度，经热处理可强化，但高强度总是与极端脆性相伴，并且在低温（82℃）下高强度缺乏稳定性。Frost等也表明了此合金在66℃和93℃的温度下很快过时效。实验还表明，工业合金LA141A在室温下还会发生相的分解，可见此合金稳定性很差。[2]
Mg-Li-Al系合金的超塑性研究工作已代到开展印度的O.Sivakesavam研究了铸态Mg-11.5Li-1.5Al合金的热加工超塑性，400℃应变速率为0.001s-1，延伸率为65%，当应变速率达10s-1时，材料出现不稳定流动。[5,7]
为了探索时效硬化机理和力学性能不稳定的原因，进行了许多研究。从X
Al为不稳定强化相，在低温下力学性能稳定性差与射线和相图研究表明，MgLi
2
强化相分解为稳定相AlLi有关。McDonald研究了低Al含量时析出相与时间、温度的关系，指出在95℃和150℃之间，平衡相AlLi析出遵守Arrhenius方程，具有41.868～46.055kJ／mol的激活能。Alamo等研究了Mg-11.2Li-0.9Al合金的结果表明，相的反应机理如下：
β→β＋θ'(MgLi2Al)＋α室温
β→β＋θ'(MgLi2Al)＋AlLi＋α 200℃
并指出Al含量小于0.7％时，AlLi相仍为稳定结构。
Mg-Li-Al系合金组织中存在高度发达的孪晶和棱面滑移，所以合金的塑性非常高。Hansen等研究多相Mg-Li-Al合金的变形和增强机制后认为，这些多相合金的力学性能可由各个组相的机械性能来确定。六方α-Mg屈服应力高，不易变形。而bcc结构的β相软，有延展性。金属间化合物AlLi(有序化B2结构)不易变形，并产生弥散强化。通过各组成相的优化组合，设计出有足够强度和塑性的合金。[8-10]
Mg-Li-Al系合金具有超塑性特性。AbhijitDutta等发现,Mg-8Li-6.5Al合金组织主要由两相组成,α相和β相的体积分数分别为0.55和0.45。通过在300℃下轧制Mg-8Li-6. 5Al铸造合金，然后在200℃下轧制成带材。在400℃，应变速率为1.67×10-3sec-1时测试，发现其伸长率达到379%。[11]
Kabyshev报告了在227℃条件下,MA21(Mg-8.1Li-5.2Al-4.7Cd-1.38Zn)合金的伸长率为450%。Mg-Li-Al系合金中含有相对较少量的Al时，强度和塑性最优兼顾。但合金在时效数月后，强度降低30%～40%。人们通过添加Sn、Bi、Ca、Ag、Nd、Ce、La、Cu、Ni、Ba等元素来提高合金性能，但发现除Ag外，其余元素无助于稳定合金的性能。Li量在10%～20%间变化时，合金的力学性能没有变化，
而组织晶粒随Li量的增加而减小。Al、Zn和Ag增加合金的强度但降低伸长率。Cu和Cd也增加合金的强度。Nd、La和Ce增加合金的伸长率，而对强度无明显影响。Zn、Ag、Cu、Nd、La、Zr、Y能减小时效引起的软化。Mg-Li-Al系合金因自然时效而引起的软化问题,Koryakin等采用塑性变形来试图解决合金时效软化的问题。试验合金是
Mg-8Li-5.24Al-1.48Zn-0.25Mn-4.49Cd-0.064Ce-0.0038Na-0.0011K，试验
在热轧机上进行。结果发现，塑性变形提高了合金的硬度，但这种提高随轧制温度的上升而下降。合金在时效过程中,α相的晶格参数明显提高，而β相的晶格参数增加不明显。在时效过程中，变形和未变形样品以同样速度软化。研究表明，通过适当的热变形处理，在保证合金组织稳定的前提下，使合金强度得到大幅提高是可能的。[11]而Kazakov等研究了Mg-Li-Al-Mn (合金LA141)和Mg-Li-Al-Zn-Mn-Ce(合金MA18和VMD5-10)等β合金发现,β基镁合金的力学性能取决于温度和热加工参数以及随后的冷却。合金的力学性能随时间而降低。通常这些合金的淬火温度为180～200℃。不稳定的第二相MgLi
2
M(M：其它合金元素)
颗粒，通过淬火稳定组织，但是温室时效会使其迅速分解。分解过程中, MgLi
2
M 相中的Li溶入基体，转变为MgLiM稳定相。这大幅降低了合金的强度。随后的各种退火、淬火和时效方法都可以稳定这些合金的微观组织。Mg-Li-Al系合金在100～150℃时高温性能下降，并在应用中有应力腐蚀现象。Si的加入能够形成弥散分布的第二相颗粒，并能细化晶粒，有利于提高高温性能，并能够提高应力腐蚀抗力。[2,5,7,12]
Mg-Li-Si系
为了提高高温下的晶体生长阻力，需要添加阻止晶体生长的介质和稳定而分布合理的第二相掺杂颗粒。Si在Mg中固溶度极低(635℃时约0.003%)，可以形成
Mg
2Si第二相的弥散分布。快速凝固方法(RSP)可以形成非常细的Mg
2
Si的弥散分
布。对各种Mg-Si合金快速凝固组织的研究表明，在Mg-5%Si的RSP合金中会形成耦合共晶组织。因快速凝固的过冷度大，这种组织是平衡状态时的4倍。这些快速凝固的Mg-Si合金显微硬度高，热稳定性好。在Mg-Si合金上的成功，促进了Si在Mg-Li合金中的应用。Siddhartha Das半定量画出了Mg-Li-Si系的三元相
图。并发现, Si在Mg-Li-Si合金中一般形成Mg
2Si相,Li可能固溶于Mg288uu
2
Si相中,
改变其晶格参数。只有含8%wt(Si+Li)的合金中才出现三元共晶。研究发现Li 降低了亚稳的Mg-Si二元相图的共晶温度，轻微改变了共晶点。在离心雾化快速凝固的Mg-xLi-3Si合金中观察到耦合共晶组织，由棒状Mg
汉德森2
Si嵌入在α-Mg基体中。Li对于这些材料的影响在于改变α-Mg的c/a。耦合共晶组织只能在过冷度较大
的快速凝固带材的薄的区域见到。对于Mg-xLi-3Si雾化带材,Li增加断裂强度。在Mg-Li二元合金中加入Si后，拉伸强度明显增加，含Si合金的拉伸强度比纯镁基合金的低。Meschter和O’Neal研究了快速凝固工艺对Mg-9Li, Mg-9Li-1Si和Mg-9Li-1Ce合金组织和性能的影响，发现二元Mg-9Li合金由于缺乏沉淀或弥散强化机制，且蠕变力低，结构应用前景不大。快速凝固可以通过细化晶粒和形成均匀的弥散体系来强化合金,Si和Ce是形成弥散体系的理想元素，在基体中比其它元素的溶解度低。Mg-Li-Si系合金依靠快速凝固强化比依靠常规的Hall-Petch和弥散强化得到的合金，强度更为优良。
Mg-Li-Zn系
该系合金中Li和Zn含量对性能的影响基本上与Mg-Li-Al系相类似，但强度更高，脆性较小。由于Zn的密度（6.5g／cm3）比Al的密度（2.7g／cm3）大，所以相同百分含量时，含Zn比含Al合金的密度稍大。Mg：Li为88：12（质量比）的合金添加1％～2％Zn，密度为1.46～1.73g／cm3。Frost等对β相区不含Zn的合金的淬火、时效的研究结果表明随Zn含量增加，硬化程度增加，达到峰值硬度所需时间缩短。Jones对Mg-Liβ相区不同Zn含量合金的铸态和冷、热轧材的力学性能进行研究，又对有较高强度的Mg-Li(以88：12)-7.5Zn合金的稳定性改善作了探索。
Mg-Li-Ag系
添加Al、Zn等的合金在室温下不稳定，在高温时短时间内失去高强度。改善这些合金的工作已做了很
多，Ag被认为是使合金性能稳定化的最好添加元素。Hume-Rothery等和Freeth等对Mg-Li-Ag相图进行了研究。Raynor等指出此系中θ相为稳定相，结构与MgAg相类似，不能以MgLi
2
Ag形式表示；此系合金在高温下不稳定与θ相的结构松弛和组成分解无关。[2,6,16,17]
除以上所述之外，人们还对其它三元系合金进行了探讨。主要有Mg-Li-Cd、Mg- Li-Si、Mg-Li-Zr、Mg-Li-RE等。除个别外，一般强度比较低。值得一提的是，为解决三元系的稳定性问题以及进一步提高三元系合金的强度，改善高强度下的脆性及稳定性，在三元系的基础上尝试添加各种合金元素，制备四元及四元以上的镁锂合金。合金化的原则是合金在基体中的固溶度较小，在基体中弥散分布阻碍锂的扩散，以达到抑制过时效的目的，提高合金的稳定性。主要合金化方案有：在Mg-Li-Al基上添加Zn、Ag、Sn、Cd、Ca、Zr、Cu等元素的四元、五元合金；在Mg-Li-Zn基上添加Ag、Cd、Sn、Cu等元素的四元合金；还有在Mg-Li-Cd 基上添加Ag、Cd、Sn等元素的四元合金。但是，这些尝试都未能取得令人满意的结果。另外，国内外研究者还尝试制备镁锂合金基的复合材料，以期获得更高比强度、比刚度及耐磨性的轻质高强材料。美国海军部/斯坦福大学用箔冶金扩
散焊接方法制备了Mg-Li/B
4C
P
复合材料，其比刚度较工业铁合金高22%，屈服强
度也有所提高，并具有良好的延展性。一些研究者预测，粉末法制造B颗粒(3.0%vol)Mg- 6Li复合材料的性能，在250℃时的比强度高于实验室快速凝固工艺制备的Al-Fe-V-Si合金。英国剑桥大学用挤压铸造的方法制备了Mg-12Li/SiC，
A1
2O
3
等增强的复合材料，但有关界面反应和对应变速率的敏感性等问题尚待进
一步研究。马春江等采用真空浸渗法制备了Mg-Li-Al/SiC
p
复合材料，系统研究
了不同基体合金成分的Mg-Li-Al/SiC
p
复合材料组织、性能及界面结构，界面结合良好，没有明显的反应物，而且SiC颗粒对基体有明显的增强作用。[18-20]王素
洁等人用氩气保护气氛真空非自耗电弧熔炼法制备了YAl
2
颗粒增强β相Mg－
12wt％Li基复合材料，与SiC、Al
2O
3
、BC
4
等陶瓷颗粒增强的镁锂基复合材料相
比，该材料具有清洁的结合界面，而且YAl
2
颗粒对镁锂合金基体的增强效果明
显。[21-23]另外，捷克学者对δ－Al
首都休闲大学2O
3
短纤维增强镁锂基复合材料的基体屈服引
起的热膨胀系数各向异性现象进行了研究。
镁锂合金的存在的问题及发展趋势
尽管经过多年研究与开发，镁锂合金已取得了一些成果，但是除少数Mg-Li 合金用于商业用途外，其
他Mg-Li合金的用途还很有限，没能进入大规模商业化生产，主要原因仍然集中在性能、成形工艺和成本等几个方面。
从上面的论述中也不难看出，目前国内外对镁锂合金的研究也主要集中在：新的制备工艺[5,7,17,24-28]，合金元素作用及力学性能[29-34]，热处理、常规及超塑性成形工艺[8-10,14,26,27,35-67]，表面腐蚀防护[68-79]，复合强化工艺及界面反应[18-20,80]这几个方面。
镁锂合金的进一步研制与开发又受如下几方面的影响:愉悦和痛苦
1、熔铸设备、工艺复杂：为防氧化与燃烧，熔炼时要通保护气体或用特殊熔剂覆盖；为防腐蚀，有必要研制新型熔剂；为防Li及其产物进入人体产生呼吸道疾病，需加强熔炼过程中的保护措施。
2、镁锂合金服役性能：镁锂合金在服役性能方面还存在室温强度较低、时效稳定性差和不耐腐蚀等缺点，还需通过采取一定材料强化手段和腐蚀防护措施来提高其服役性能。
3、Li成本的升降：与Al-Li相比，Mg-Li中的加Li量是其3倍或3倍以上，故铸锭成本大大提高。对大规模的研发和生产制造，成本便成了必须考虑的问题。
4、用户的兴趣，特别是航空航天和军事工业领域的产品对材料服役的可靠性要求较高（需通过盐雾试验、湿热试验等），往往偏向于选用较为成熟的材料。
所以，当前开展镁锂合金的研究和开发的主要方向有：
1、拓展合金化研究领域
（1）添加合金元素，形成固溶强化、第二相弥散强化和时效析出强化；
（2）添加稀土元素，开发稀土镁锂多元合金。
2、采用先进的复合材料技术，制备镁锂复合材料。
3、研究稀土元素加入后，合金的超塑性成形能力，研究组织结构、应变速率、变形温度、合金成分等因素与合金超塑性的关系；研究稀土元素与镁锂合金的耐蚀性能的关系。
4、进一步研究镁锂合金的熔炼工艺、成形工艺，降低生产成本，制定性能优异、工艺合理的超轻镁合金生产工艺，推进产业化。
5、在充分研究镁锂合金性能的基础上，开拓Mg-Li合金的应用新领域，在功能材料、结构材料应用方面取得突破。目前对Mg-Li合金研究的目标是开发结
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议