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鎂鋰合金的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

來源:adminroot(飛泰整理發(fā)布)   時間:2019-08-01
鎂鋰合金(magnesium-lithium alloy )它是目前結(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。
國外對鎂鋰合金的研究較早,而且發(fā)達(dá)國家對鎂鋰合金的研制越來越重視?鎂鋰合金的研究主要涉及基礎(chǔ)理論研究和產(chǎn)業(yè)化開發(fā),集中在合金制備?新型合金開發(fā)?合金化?加工成型方法?表面處理等方面,其中在合金的微觀組織?強(qiáng)化機(jī)理?超塑性成形機(jī)理?工藝優(yōu)化等方面取得了大量成果?目前研究開發(fā)出的一系列鎂鋰合金主要有LA141?LA91?LAZ933?MA21?MA18等牌號,力學(xué)性能見表1?通常添加的合金元素主要有Al?Zn?Si和RE等,形成Mg-Li-Al?Mg-Li-Zn?Mg-Li-Si?Mg-Li-RE系合金和Mg-Li基復(fù)合材料,并且可采用鑄造?擠壓?軋制?焊接等多種成形工藝對其加工,合金的抗拉強(qiáng)度在140~310MPa之間,其中劉旭賀等,王昌等對LA141?LA91合金的冷軋及退火進(jìn)行了研究,為鎂鋰合金的實(shí)際應(yīng)用提供了參考?另外,對部分鎂鋰合金的超塑性變形行為進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)LA141和LA91合金具有460%~610%的超高塑性?
表1 幾種典型鎂鋰合金的力學(xué)性能

鎂鋰合金力學(xué)性能

在鎂鋰合金表面處理方面,國外研究較早,在前期研究和應(yīng)用中主要采用的是陽極氧化技術(shù)?NASA應(yīng)用的鎂鋰合金采用陽極氧化技術(shù)改善其耐蝕性?SHARMA A K 等在K2Cr2O7?(NH4)2SO4弱酸性溶液中通直流電獲得黑色的陽極氧化膜層,膜層具有很好的吸光性,適用于航天飛機(jī)和宇宙飛船上?目前,鎂鋰合金陽極氧化膜大都是在含Cr的電解液中制備,由于其對人體和環(huán)境有很大的毒害,并且膜層都為黑色,使用范圍相對較窄?

在鎂鋰合金輕量化方面也進(jìn)行了大量研究,如開發(fā)出了密度為0.95g/cm3的鎂鋰合金,該材料可浮于水面上,可用于航天以及諸如筆記本計(jì)算機(jī)等需要使用堅(jiān)固而又輕質(zhì)材料的電子產(chǎn)品?雖然我國鎂?鋰資源豐富,但對Mg-Li合金的研究較晚,自20世紀(jì)90年代起才開始對Mg-Li合金進(jìn)行研究,主要是由于Mg-Li合金熔煉比較困難?工藝復(fù)雜?力學(xué)性能相對較低,高溫性能?耐蝕性差,以及研制成本較高等?

近年來,對Mg-Li合金研究和制備日益增多,在鎂鋰合金的熔煉制備?加工和表面處理等方面實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)突破,其中西安四方超輕材料有限責(zé)任公司和中國鋁業(yè)鄭州研究院實(shí)現(xiàn)了鎂鋰合金的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?前者在2010年建成我國第一條鎂鋰合金生產(chǎn)線,掌握了鎂鋰合金產(chǎn)品的制備技術(shù);后者掌握鎂鋰合金熔鑄與加工關(guān)鍵技術(shù),2012年可生產(chǎn)寬度>350mm?厚度<1mm,并可進(jìn)行室溫沖壓的3C產(chǎn)品用薄板,2013年生產(chǎn)出寬度>600mm的板材和大型鍛件?張密林以鎂鋰合金為研究對象,對材料輕量化進(jìn)行深入研究,研制的合金強(qiáng)度能達(dá)到300MPa左右,伸長率達(dá)10%以上,密度小于1.65g/cm3,并能獲得各種尺寸的擠壓件和軋制件(冷軋薄板能達(dá)到小于0.5mm)?另外,研究者在Sr?Y?Ce等合金元素對鎂鋰合金進(jìn)行合金化處理方面也做了大量工作研究了其微觀組織及力學(xué)性能變化?任友良等,顧永坤等對衛(wèi)星用的鎂鋰合金埋件螺紋的強(qiáng)度?膠接等性能進(jìn)行了研究,為鎂鋰合金在衛(wèi)星上的應(yīng)用提供參考?

國內(nèi)在鎂鋰合金表面處理方面也采用了陽極氧化技術(shù),如LI J F等在Mg-10.02Li-3.86Zn-2.54Al-1.76Cu合金表面獲得陽極氧化膜層,但是膜層中含有較高含量的鉻離子?近年來,微弧氧化技術(shù)在鎂鋰合金表面處理方面研究較多?景曉燕等在堿性磷酸鹽體系中以直流脈沖電源在鎂鋰合金表面成功制備了與基體結(jié)合良好的耐蝕性微弧氧化膜層,氧化膜層的結(jié)構(gòu)是由疏松層和致密層組成的雙層結(jié)構(gòu),顯著提高了鎂鋰合金的耐蝕性能?另外,微弧氧化復(fù)合處理技術(shù)得到快速發(fā)展,如微弧氧化+硅溶膠處理?微弧氧化+化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理等技術(shù)?添加硅溶膠后的微弧氧化膜層中表面單位面積內(nèi)微孔的數(shù)目及孔徑明顯減小,相應(yīng)的膜層耐蝕性能與基體結(jié)合力得到提高?盧一對Mg-5.6Li合金進(jìn)行表面微弧氧化+化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理,經(jīng)復(fù)合處理后表面生成的球狀顆粒填充在微弧氧化膜的結(jié)構(gòu)缺陷處(孔隙),一方面提高了膜層的致密性,另一方面阻擋了腐蝕介質(zhì)的通道,一定程度上延緩了電解液通過微孔或微裂紋向合金基體浸滲,提高了合金在腐蝕介質(zhì)中的耐蝕能力?李思振等對鎂鋰合金低吸收/高發(fā)射微弧氧化熱控膜層技術(shù)進(jìn)行了研究,制備的膜層均勻致密且與基體結(jié)合良好,膜層具有低吸收?高發(fā)射的熱控特性,各項(xiàng)性能均滿足宇航產(chǎn)品性能要求?

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