超轻镁锂合金强化方法的研究现状.docx

???镁锂合金作为密度最小的金属结构材料，具有高比强度和比刚度、优异的阻尼性能和电磁屏蔽性能等优点，但其绝对强度低，极大限制了其在实际工程中的规模化应用。对近年来镁锂合金的合金化强化、变形加工强化、热处理强化以及复合强化等强化方法的研究现状进行了总结，并给出了未来镁锂合金强化方法的研究方向。

1?合金化强化

???合金化强化主要通过在镁锂合金中添加合金化元素，利用其在合金基体中的固溶以及形成稳定合金相的方法来提高合金的强度。常用的合金化元素有铝、锌、硅、钙、银、铜、锰、锆、锶以及稀土元素钇、钪、铈、钕、钆、铒等。由于铝和锌2种元素在镁中的固溶度较大，故二者是最常见的镁锂合金强化元素。BHAGAT等研究表明：在Mg-4Li合金中添加质量分数2%，4%，6%的铝元素后，其晶界处会析出Mg17Al12、AlLi和Al3Li等相，且随着铝含量的增加，析出相的体积分数增加；同时，由于含铝相颗粒在热挤压过程中可产生颗粒促进形核(particlestimulatednucleation，PSN)效应，合金的晶粒尺寸随铝含量增加而减小；在增强相的形成及晶粒细化的共同作用下，挤压态(挤压比为15)Mg-4Li-6Al合金的抗拉强度可达240MPa，相比于同样状态下的Mg-4Li合金提升了50.4%。因锌和镁元素的原子半径差异较大，锌元素合金化强化效果差于铝元素。PERUGU等研究表明：将质量分数2%的锌元素添加至双相Mg-8Li合金后，会形成MgLi2Zn强化相，同时α-Mg相晶粒会发生细化；经85%压下量的冷轧后，Mg-8Li-2Zn(LZ82)合金室温下的屈服强度和抗拉强度分别可达219MPa和262MPa，且拥有高达64%的断后伸长率。

???为进一步提升镁锂合金的强度，研究人员在Mg-Li-Al和Mg-Li-Zn2种三元合金的基础上添加了其他合金元素，开发出多种新型高性能镁锂合金材料。研究表明：在Mg-4Li合金中添加Al-Si共晶合金后，合金内部形成了Al3Li(Mg)和Mg2Si沉淀相；经过150℃热轧(轧制比为6.25)后，Al3Li(Mg)沉淀相呈球状，而Mg2Si沉淀相呈多边形；在2种析出相的沉淀强化和铝元素固溶强化的共同作用下，Mg-4Li-6(Al-Si)合金的抗拉强度达到295MPa，相比Mg-4Li合金提升了51.5%。同样，在(α-Mg+β-Li)双相镁锂合金和β-Li单相镁锂合金中添加Al-Si共晶合金，也可起到类似的强化效果。SHI等研究表明，向双相Mg-8Li合金中添加Al-Si共晶合金后，可形成MgLi2Al、AlLi和Mg2Si3种强化相，同时铝在α-Mg和β-Li两相中均可起到固溶强化作用，故轧制态(轧制比3.63)Mg-8Li-6(Al-Si)合金的抗拉强度可达390MPa。ZHAO等向单相Mg-12Li合金中添加质量分数为3%，7%，9%的Al-Si共晶合金，发现：添加7%共晶合金的Mg-12Li-7(Al-Si)合金具有最高的抗拉强度，主要归因于合金元素添加后β-Li相颗粒发生细化、合金内部形成的细小AlLi和Mg2Si相引发的弥散强化以及轧制后基体内部产生的高密度位错与强化相的交互作用；与Mg-12Li-7(Al-Si)合金相比，Mg-12Li-9(Al-Si)合金的抗拉强度和断后伸长率显著降低，这主要归因于过多的Al-Si共晶合金将导致基体内部形成粗大的骨骼状Mg2Si相，使得Mg2Si和β-Li相界面结合力降低。研究发现：在Mg-5Li-3Al合金中添加质量分数0.5%的钙元素后，合金内部形成的Al4Ca强化相可使合金产生强化效果；然而,当钙质量分数增大到1.0%和1.5%后，晶界析出的半连续脆性(Mg，Al)2Ca共晶相在外加拉应力的作用下，极易诱发裂纹萌生和扩展，导致合金的强度和断后伸长率均降低。因此，为使Mg-Li-Al-Ca系合金具有较高的力学性能，需合理控制铝与钙元素的质量比。研究发现：与钙元素类似，锶元素也可细化Mg-8Li-3Al-0.5Mn合金中α-Mg相的二次枝晶臂，进而起到细晶强化的效果；经挤压加工后，合金中α-Mg/β-Li相界面处析出的Mg2Sr和Al4Sr强化相发生破碎并弥散分布于基体内部，可起到弥散强化的效果。

???稀土元素也常作为合金化元素与铝和锌等元素共同添加至镁锂合金中。WU等研究发现：向Mg-8Li-(1，3)Al合金中添加质量分数1%的钇元素后，不同处理状态合金的强度增加,塑性提升；强度的提升源于在α-Mg/β-Li相界面析出的Al2Y强化相，塑性提升则源于钇的添加限制了α-Mg相的形成，使得β-Li相的体积分数增大。研究发现，在Mg-8Li-1Al合金中添加钇和铈后，合金内形成了Al2Y和Al2Ce强化相，