《超轻镁锂基合金及其复合材料研究进展》.pdf

超轻镁锂基合金 及其复合材料研究进展 ■ 文／张 鑫 吴 国清 北京航空航天大学材料科学与工程学院 1910年，德 国Masing G…在研究 体结构 ；D为镁 固溶于锂 中的固溶体， 天、汽车、现代兵器 以及 电子产品等领 (Li)、钠 (Na)、钾 (K)与镁(Mg)相互作 具有体心立方结构。由于体心立方结 域具有广阔的应用前景[ 。 用时，发现镁锂 (Mg—Li)发生有趣的 构的出现，使Mg—Li合金的塑性得到 二战爆发推动了镁在宇航领域的 相结构转变，当锂的质量分数(1)【(Li))超 极大改善，改变了镁合金因滑移系少， 发展，美 国Battle研究所、海军部、宇 过 5．7％时，在Mg—Li合金中同时出现 加工成型困难的缺点，从而引起各国 航局开始大规模合作研制Mg—Li合 密排六方结构的基体相和另一种体心 研究者的极大兴趣。 立方结构相。1934-1936年，美、德、英 3 国研究者 证实了这一结构转变，并确 一 Mg-Li合金的研究进展 定是密排六方结构向体心立方结构转 Mg—Li合金密度 只有 1．30～ 变，还测定了Mg—Li二元相图，为以后 1．65g／cm ，比一股的工业镁合金低 的研究奠定了基础。1954年，Freeth等 15％～25％，比铍合金低25％～30％， 人L3提出了完整的Mg—Li平衡相图(见 比铝合金低50％。Mg—Li合金除具有 图1)。由图1可知，随着锂含量的增加， 密度低、塑性好、比强度和 比模量高、 Mg—Li合金可分为a相合金(∞(Li) 低温韧性好、对缺 口不敏感、各向异性 5．5~／0)、0+【p两相合金(5．5％CO(Li)110／0) 不明显等特性外，还具有镁合金 良好 和p相合氢 ()|(Li)1lo／0)。其中仅为锂固 的阻尼减震性、导热性、电磁屏蔽性、 溶于镁中的固溶体，具有密排六方晶 抗高能粒子穿透等优点，在航空、航 图1Mg-Li合金二元相图 目 AdvancedMaterialsIndustry 金，目标是开发出密度低、比强度高、 约10倍，是唯一能够代替塑料的金属 合金相比，Mg—Li基复合材料不仅保 比刚度高、成型性 良好、各向异性不明 材料。1996年，长冈技术科学大学以小 留了基体合金的导 电、导热及优 良的 显的超轻合金。美国坦克指挥部与道 岛阳教授为首的研究小组¨，采用高频 冷、热加工性能，而且具有更高的比刚 化公司合作开发了LAZ933Mg—Li 真空感应炉、氩气保护和特殊的熔炼工 度和比强度、较好的耐磨性、高温蠕变 合金，在M113型装 甲运兵车车体上 艺，制得了密度仅为0．95g／cm 、能浮 性能、减震性能及 良好的尺寸稳定性， 获得应用。而后，陆军弹道导弹部门 在水上的Mg—Li合金。2001年，法库特 引起了国内外学者的广泛关注。 与Battelle研究所合作 ，研制出LA141 与科贝尔克公司共同开发的日本最轻、 最早关于Mg—Li基复合材料的研 Mg—Li合金，并将其纳入航 空标 准 实用的Mg—Li合金(相对密度为1．36) 究报道见于 1969年，之后迅速引起美 AM$4386。20世纪60年代，美国太空 已投人批量生产，该产品主要供便携式 国、英国、德国等发达国家的重视。20 总署NAsA开发出应用于土星五号 轻量器材制造领域使用 。 世纪80年代末，随着宇航及兵器工业 (Saturn-V)太空船的Mg—Li合金部 我国是世界上镁、锂资源最为丰 对具有低相对密度、高比强度和比模 件，包括飞船上的 电脑 外壳、仪表框 富的国家之一。镁资源矿石类型全、分 量的结构材料需求 日益迫切，Mg—Li 架及其外壳等 】。1984年，美国麦道 布广，总储量 占世界的22．5％，居世界 基复合材料 已成为金属基复合材料 公司尝试在Mg一9Li—X合金 中采用 第一。我国原镁产量 占世界总