镁锂合金(Mg-Li),超轻镁锂合金,镁锂超轻合金,变形镁锂超轻合金应用

3.6 稀土元素的影响
• 混合稀土价格比单一稀土便宜很多，用混合稀土对镁锂 合金进行合金化更加具有工业应用价值，因此，混合稀土 对镁锂合金的合金化研究受到了广泛的重视。在合金内添 加1%和2%的混合稀土后，对镁锂合金的晶粒尺寸有细化 作用；当稀土含量较高时，稀土还与镁形成稀土化合物， 这使得合金的延伸率下降。此外，由于稀土与镁结合形成 金属间化合物，消耗了一定量的镁，从而降低了合金内部 的镁锂比，使得合金基体内部α相比例减少，强化效果减 弱，导致合金的强度下降；另外稀土化合物的形成，使得 合金的高温热稳定性提高。
幅度提高。
表 1 AZ31B与LA141组成合金零件质量 零件名称 AZ31B LA141 （单位：g） 减少质量比例/%
雷达反射罩 电子仪器保护盖 电话外壳
586 9.5 712.8
447 7.3 521.4
25 23 27
1.3 镁锂合金应用
• 由于镁锂合金特殊的物理性能以及其作为超轻 材料的性质，可以开拓出更多的应用领域，如笔 记本电脑外壳、手机外壳以及扬声器振膜、仪器 仪表壳体等。图1是郑州轻金属研究院轻金属材料 研究所开发出的镁锂合金材质的笔记本外壳和手 机外壳。
3.2 锌元素的影响
• Zn的熔点（419℃）较低，与镁的晶体结构（hcp）相同， 与镁的原子半径差别不大，可以与镁形成连续固溶体。Zn 在镁中的固溶度（最大约6.2%）随温度降低而减小，从而 形成时效强化。Zn能提高合金的应力腐蚀敏感性，从而提 高合金的疲劳极限，但Zn的加入使合金的密度增大，加入 量不宜过大。 • Zn具有和Al类似的作用效果，即随Zn含量的增加，合金 的强度提高，而塑性下降，不同的是单位质量的强化效果 比Al差，若要达到相同的强化效果需要加入更多地Zn， Mg-Li-Zn合金中生成θ*相（MgLi2Zn），经过时效处理之后 θ*相发生粗化，形成稳定的θ相（ MgLiZn ）。 • 在镁锂合金的合金化过程中，一般把Al与Zn同时作为合 金化元素加入，这样可以充分发挥Al和Zn的各自优势。
表 2 镁和稀土元素的原子半径和电负性
元素符号 Mg La Ce Pr Nd Y Gd Sc 原子半径/nm 0.160 0.188 0.183 0.183 0.182 0.182 0.178 0.165 与镁原子半径差/% 0 17.3 14 14.3 13.8 12.6 12.6 2.6 电负性 1.31 1.10 1.12 1.13 1.14 1.22 1.20 1.36
图 1 镁锂合金笔记本外壳和手机外壳
2、镁锂合金制备方法
2.1 真空熔炼制备镁锂合金 2.1.1真空感应熔炼制备镁锂合金
• 真空脱气作用：真空熔炼活泼金属，达到充分去除H2、 N2、O2的目的。。金属的脱气，可提高金属的塑性和强 度，真空度愈高，温度愈高，脱气时间愈长，有利于金属 的脱气。
真空熔炼优点
2.1 真空熔炼制备镁锂合金 2.1.2熔盐电解制备镁锂合金
•
• • •
•
熔盐电解过程中应用最为广泛的熔盐是熔融氯化物，其 价格便宜，腐蚀性适中，熔点比氯化物低。金属锂的电解 过程中，较常用的熔盐体系是LiCl+KCl低共熔体系，其最低 共熔点组成（摩尔分数）为59%LiCl和41%KCl，熔点为 352℃。工作电位范围为± 3.62V，负端有Li阴极沉积的电 位决定，正端由Cl2阳极析出的电位决定。 熔盐电解过程注意事项： 1、原料的干燥：保证电解使用盐类不能含有水分。 2、电解槽设计：镁锂合金在电解温度以上时很容易氧化 甚至自燃，所以阴极室要有氩气保护。 3、氯气吸收系统：实验室一般用工业烧碱配制成4mol/L 的吸收液吸收。
郑州轻金属研究院
轻金属材料研究所
•镁锂合金介绍
镁锂合金介绍-1
1、镁锂合金概述
1.1 镁锂合金发展历程 1.2 镁锂合金特点 1.3 镁锂合金应用
2、镁锂合金制备方法
2.1 真空熔炼制备镁锂合金 2.2 熔盐电解制备镁锂合金 2.3 镁锂合金的毒性及生产技术要求
3、合金元素对镁锂合金的影响
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 铝元素的影响 锌元素的影响 硅元素的影响 铜元素的影响 锆元素的影响 稀土元素的影响
2.3 镁锂合金的毒性及生产技术要求
• 在工业生产条件下，镁锂合 金铸件及其加工件的自燃温度 为330-350℃，和镁合金的区别 是镁锂合金在固态时能够燃烧， 这些主要和锂的自燃及其氧化 产物有关。因此镁锂合金的燃 烧温度极限以及加工温度不能 高于320℃。但是镁锂合金相 对于镁合金来说其氧化镁比较 致密，常温下其抗腐蚀性能高 于大部分镁合金。 • 郑州轻金属研究院轻金属材 料研究所所生产大规格镁锂合 金铸锭（如图2）及其加工材 在车间内放置半年以上不存在 明显腐蚀现象，由于普通镁合 金抗腐蚀性能。
焊接性能优良：只需 本体材料即可达到预 期焊接性能。
Mg-Li
抗腐蚀性能：表面氧 加工变形性能好：常 化膜比一般镁合金氧 温下即可轧制成薄板， 化镁致密。 并可进行超塑性成形。
1.3 镁锂合金应用
由于镁锂合金比铝轻一倍，比标准镁合金轻1/4-1/3，在 航空航天领域应用镁锂合金可以将质量降低20%-30%（如表 1所示），能够大幅度降低飞行成本，航天器飞行能力也大
3.4 铜元素的影响
• Cu在镁中的固溶度很小，而Li与Cu几乎不互溶，所以Cu固 溶在Mg-Li合金中的量很低。Cu可以使共晶合金（Mg-8Li）的 α相的长宽比增大的倾向，Cu加入量较低时具有好的强化效 果，而且塑性降低很少；Cu含量较高时（大于3%），强度增 加不多，而塑性显著降低，故一般认为Cu的加入量为1-1.5%。
3.6 稀土元素的影响
• 稀土元素（RE）加入镁锂合金，通过固溶强化和形成细 小弥散的金属间化合物提高其综合性能，并可提高析出相 的热稳定性，改善合金在较高温度下的力学性能，加入RE 还可以提高合金的再结晶温度，并促使镁锂合金的时效强 化。稀土在镁锂合金中的溶解度较小，能与镁形成多种金 属间化合物，表2为镁和稀土元素的原子半径和电负性。
• 防止氧化作用：在真空中加热不仅使金属本身不氧化，而 且使原来已氧化的金属进行还原分解
• 脱脂作用：附着在原料上的油脂（碳、氢、氧化物等）， 在真空中加热时被挥发或分解，随即被真空泵抽走。
真空感应熔炼工艺：熔炼炉预先抽真空，充入氩气使其在惰性气氛中制备铸锭， 熔炼设备为带阀门控制的密封感应炉，有密封的结晶器或是氩气保护装置组成。 为了防止燃烧，不能使用二氧化硫灭火，因为金属锂能够与二氧化硫发生反应 生成硫和氧气，使燃烧更剧烈。
Er
0.174
9.8
1.24
3.6 稀土元素的影响
• Ce在Mg-Li-Al三元合金中主要以Al2Ce相的形式存在，在 LA81合金中添加少量的Ce后，合金内Al2Ce相呈棒状均匀 分布，Al2Ce分布在晶界附近起到钉扎作用，是合金的断 裂方式由沿晶断裂转变为解理断裂，还能在150℃时有效 组织晶界滑移，从而提高合金的耐热性。当Ce含量大于 0.6%时，Al2Ce 相割裂基体，从而降低合金的力学性能。 • 在高Y含量的镁锂合金中，将形成γ相（Mg24Y5），在 Mg-8Li –Y 合金中，合金内部除了存在长条状分布与基体β 相中的α相外，还存在沿晶界分布且呈网状结构的γ相 （Mg24Y5），使合金在淬火处理过程中随着淬火温度升 高合金的硬度和强度也随之升高
图 2 实际生产镁锂合金铸锭
3、合金元素对镁锂合金的影响
• 二元镁锂合金力学性能很差，不能作为结构材料应用于工 业领域。在镁锂基合金中加入适量的合金元素，可以明显 提高合金的各项性能。加入到镁锂合金中的合金元素主要 有三类： • 1）固溶度较大的元素，如Ag, Cd, Zn, Al, In, Tl等； • 2）固溶度较小的元素，如Ni，Co, Cu, Ca, Ce, Si, Sb, Bi等； • 3）固溶度很小的元素，如K， B，Cr， W，V, Ti，Zr， Fe， Mn等。
2.3 镁锂合金的毒性及生产技术要求
• 人体大量吸收氧化镁烟雾或引起呼吸困难，麻痹神经末 梢，可能引起呕吐。纯净干燥的镁粉燃烧温度为420440℃，湿的镁粉在360℃燃烧，干燥的镁和镁合金屑在 400-450℃燃烧，在小的、封闭的和导热不良的空间镁粉 和镁屑遇到湿气的情况下可以自燃。 • 锂与镁一样，在固态是不挥发，在640℃空气中锂可以 自燃，液态锂被氮化形成含氮的锂化物，这类化合物在 200℃左右可以发生自燃，锂和水接触时会发生自燃，在 潮湿空气中操作金属锂属于危险-爆炸等级，锂在燃烧时 产生氮化物浓烟，形成锂及其化合物的凝聚现象，这种烟 雾对呼吸器官危害很大。锂具有强烈的碱性性质，空气中 大量的锂化合物会对呼吸道产生危害，锂能损坏食道、中 枢神经和呼吸器官。锂的燃烧具有强烈的破坏作用，引起 眼睛和呼吸道粘膜疾病，甚至中毒。为了防止呼吸器官受 到锂及其化合物颗粒的危害，必须佩戴防毒面具。
4、LA141镁锂合金组织和性能
4.1 LA141合金力学性能 4.2 LA141合金的连接性能 4.3 LA141合金的加工成型性能

1.1 镁锂合金发展历程
•德国科学家在研究锂、钠、钾与镁的相互作用时， 意外发现了镁和锂之间可以发生有。趣的结构转 20世纪初 变，为以后的镁锂合金研究提够了可靠依据。
4、LA141镁锂合金组织和性能
• LA141是典型的商用镁锂合金，它的密度大约比传统的 镁合金低25%，轻如塑料，但具有刚性和韧性。由于LA141 合金的轻质高强特点，使得其在航空航天领域的金属材料 中具有相当大的吸引力，表3为LA141商用镁锂合金、铝合 金（6061-T4、6061-T6）、传统镁合金（AZ31B）和玻璃纤 维增强塑料主要性能指标。 • 轻金属材料研究所目前可以生产各种规格的镁锂合金板 材（厚度大于0.2mm，宽度小于600mm）及型材（如图 3）。
3.3 硅元素的影响
• Si可以提高镁锂合金的高温强度和蠕变性能，加入Si元 素后，合金的组织中出现高熔点的Mg2Si相，这种相的熔 点较高（为1085℃），硬度较高（为460HV），它是提高 镁锂合金耐热性的主要因素。Si在Li液中的溶解度很小， 其固溶度更小，主要以化合物的形式存在。美国曾研制了 Mg-14Li-(0.5-1)Si耐热合金，并将该合金用于航天器铸件。