轻金属材料研究所;镁锂合金介绍-1;1.1镁锂合金发展历史;1.2镁锂合金特点;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。;2、镁锂合金制备方; 熔盐电解过程中应用最为广泛的熔盐是熔融氯化物，其价格实惠公道，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。

  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。;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，可能会导致呕吐。纯净干燥的镁粉燃烧温度为420-440℃，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

  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。锂具有着强烈的碱性性质，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。锂的燃烧具有着强烈的破坏作用，引起眼睛和呼吸道粘膜疾病，甚至中毒。为避免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。;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???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。;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，可以显著提升合金的各项性能。加入到镁锂合金中的合金元素主要有三类：

  3）固溶度很小的元素，如K，B，Cr，W，V,Ti，Zr，Fe，Mn等。

  第一类元素的强化效果好，但合金的组织及性能稳定性较差。在室温下或稍高于室内温度条件下易产生过时效现象；第三类合金元素的强化效果较小，但组织及性能稳定性高，目前为止，研究较多是第一类合金元素。;铝元素的影响

  在Mg-Li-Al系合金中，铝含量一般低于5%-6%,其金属间化合物主要是Mg17Al12、MgLi2Al等，这些化合物在合金中起到强化作用。有研究表明，金属Li含量高的镁锂合金易发生过时效现象，时效存在这样一个过程：β—MgLi2Al

  —AlLi。亚稳相MgLi2Al转变为AlLi,因此过时效是镁锂合金性能不稳定的重要的因素。研究工业牌号LA141在高于室温

  当镁锂合金中锂的含量不一样时，铝对合金的影响也不一样，当铝含量达到3%以上时，铝除了固溶于合金基体内，还将出现AlLi相。随着铝含量的增加，镁锂合金的外缩孔减少，对于锂含量小于14%的镁锂合金，铝含量越高，合金的气孔越多，对于锂含量大于16%的合金，铝的添加有利于减少合金的气孔。;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，来提升合金的疲劳极限，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，

  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，这样做才能够充分的发挥Al和Zn的各自优势。;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重要的因素。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

  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，而塑性明显降低，故一般认为Cu的加入量为1-1.5%。;Zr是很多合金的晶粒细化剂，而Zr对镁锂合金也具有极为显著的经理细化作用，改善铸态组织来提升合金的力学性能。Zr与Mg具有相同的密排六方晶体结构，且二者点阵错配度很小，在熔体中含有熔点很高的α-Zr弥散质点能够更好的起到异质形核的作用，Zr还能减缓合金元素的扩散速率，组织晶粒长大。当Zr的加入量较大时，由于对元素的扩散阻碍作用，在某些特定的程度上会影响合金的均匀化效果，合金中的枝晶组织和合金元素在晶界上的富集相未完全溶解，均匀化不充分，使合金的塑性和??度有所降低。;3.6稀土元素的影响;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，来提升合金的耐热性。当Ce含量大于0.6%时，Al2Ce相割裂基体，以此来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上升合金的硬度和强度也随之升高;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，以此来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??稀土化合物的形成，使得合金的高温热稳定性提高。;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）。;性能;4.1LA141合金力学性能;镁锂合金很容易实现熔焊、电阻焊以及黏结等连接方式。

  1、熔焊：镁锂合金通过普通熔焊就可以实现很好的焊接，焊接效率高，焊接裂纹等缺陷少，合金板可焊接厚度范围为1-3mm。在焊接过程中镁锂合金一般无需预热，但在焊接后存在应力，有必要进行焊后退火处理（120-175℃）。

  2、电阻焊：焊接镁锂合金时可以像焊接其他镁锂合金一样，采用电焊设备，但在焊接前要对试件表面清理，由于镁锂合金表面化学活性高，一般建议焊接前对合金进行表面涂层加工。对LA141镁锂合金电焊后一定要进行去应力退火处理，否则焊接件会产生裂纹。

  3、黏结连接：镁锂合金可用常用的黏结材料办法来进行连接，无论是对涂层加工或是无图层加工的镁锂合金，均能够得到良好的黏结剂，但对于镁锂合金的黏结效果，合金在黏结前的表面状态起最大的作用。;由于金属锂的加入，使得镁锂合金更容易加工成型，即使在室温条件下也能够直接进行加工。目前轻金属材料研究所可以对各种尺寸的LA141镁锂合金进行板材、棒材铸件、挤压件、轧制板材以及锻造镁锂合金的生产，图4为我所冲压生产出的镁锂合金工件。

  LA141同样具有好的冷加工成型性能（车、铣、锯切、磨削、切割等），在对镁锂合金加工时需采用冷却和润滑剂，而且冷却液和润滑剂要求使用非水溶性的矿物油，对于切割和锯切过程，矿物油或煤油均可作为冷却剂和润滑剂。;郑州轻金属研究院

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