镁锂超轻合金

序

前言

第1章 镁锂合金概论

1.1 镁锂合金的发展历程

1.2 镁锂合金的特点

1.3 镁锂合金的应用

1.3.1 镁锂合金在航空航天领域的应用

1.3.2 镁锂合金在军事领域的应用

1.3.3 镁锂合金在民用领域的应用

1.3.4 镁锂合金作为化学电源阳极材料

1.4 镁锂合金展望

参考文献

第2章 镁锂合金物理化学基础

2.1 镁的性质

2.1.1 镁的物理化学性质

2.1.2 镁的力学性能

2.1.3 化学活性

2.1.4 杂质对镁耐腐蚀性的影响

2.2 锂的性质及应用

2.2.1 锂的性质

2.2.2 锂的应用

2.3 锂对镁性质的影响

2.4 镁锂合金系相图

2.4.1 镁锂二元合金相图

2.4.2 Mg-Li-Al合金相图

2.4.3 Mg-Li-Zn合金相图

2.4.4 Mg-Li-Ag合金相图

2.4.5 Mg-Li-Cu合金相图

2.4.6 Mg-Li-Pb合金相图

2.4.7 Mg-Li-Cd合金相图

2.4.8 Mg-Li-La合金相图

2.4.9 Mg-Li-Ce合金相图

2.4.10 Mg-Li-Ga合金相图

2.4.11 Mg-Li-Y合金相图

2.4.12 Mg-Li-In合金相图

2.4.13 Mg-Li-Sn合金相图

2.4.14 Mg-Li-T1合金相图

2.4.15 其他三元合金相图

2.4.16 四元合金相图

参考文献

第3章 典型工业牌号镁锂合金

3.1 MA21和MA18变形合金的组织和性能

3.1.1 MA21和MA18合金显微组织

3.1.2 MA21和MA18合金的性能

3.1.3 工艺对合金结构和性能的影响

3.1.4 MA21和MA18变形合金力学性能的稳定性

3.2 LA141A合金的组织和性能

3.2.1 LA141A合金的力学性能

3.2.2 LA141A合金的物理及冶金性能

3.2.3 LA141A合金的连接

3.2.4 LA141A合金的耐腐蚀性、清洗和表面修饰

3.2.5 LA141A合金铸锭及铸件生产

3.2.6 LA141A合金的加工和成型

参考文献

第4章 镁锂合金制备方法

4.1 混熔-对掺法制备镁锂合金

4.1.1 镁锂合金熔炼

4.1.2 合金原料

4.1.3 合金废料

4.1.4 运输熔体的方法

4.1.5 铸锭的净化

4.2 熔盐电解法制备镁锂合金

4.2.1 阴极合金化法熔盐电解制备镁锂合金

4.2.2 阴极合金化法电解制备镁锂合金

4.2.3 熔盐体系中共电沉积合金理论

4.3 熔盐电解共电沉积镁锂系合金

4.3.1 熔盐电解共电沉积镁锂合金

4.3.2 镁锂钙合金熔盐电解共电沉积

4.3.3 镁锂铝合金熔盐电解共电沉积

4.3.4 镁锂锌合金熔盐电解共沉积

4.3.5 镁锂稀土合金熔盐电解共沉积

参考文献

第5章 镁锂合金组织与性能

5.1 镁锂合金中的主要合金元素

5.2 合金元素对镁锂合金的影响

5.2.1 铝元素的影响

5.2.2 锌元素的影响

5.2.3 硅元素的影响

5.2.4 铜元素的影响

5.2.5 银元素的影响

5.2.6 镉元素的影响

5.2.7 锆元素的影响

5.2.8 锰元素的影响

5.2.9 钙元素的影响

5.2.10 稀土元素的影响

5.3 典型镁锂合金的组织和性能

5.3.1 Mg-5Li-3Al-2Zn-xRE(LAZ532)合金[49]

5.3.2 Mg-8Li-IAl-xY(LA81)和Mg-8Li-3Al-xY(LA83)合金[64]

5.3.3 Mg-8.5Li-xCe合金[69]

5.3.4 Mg-5.6Li-3. 37A1-1.68Zn-1.14Ce合金

5.3.5 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金

5.3.6 Mg-16Li-5Al-xCe合金

5.3.7 Mg-SLi-3A1-2Zn-xSn合金

5.3.8 LA141-xNd合金[34]

5.3.9 Mg-6Li-3Al-xCa合金[78]

5.3.10 Mg-SLi-3A1-2Zn-xAg合金[82]

5.4 镁锂合金热变形研究

5.4.1 不同条件下镁锂合金热变形的真应力—真应变曲线

5.4.2 热变形流变应力本构方程

5.4.3 能量耗散图

5.4.4 热变形后组织分析

5.5 含锂的镁基非晶态合金

参考文献

第6章 镁锂合金加工与焊接

6.1 铸造镁锂合金和特种铸件的加工工艺

6.1.1 镁锂合金铸造工艺

6.1.2 镁锂合金铸锭的性质

6.1.3 特种镁锂合金铸件铸造工艺

6.2 镁锂合金安全生产的技术要求

6.3 镁锂合金元素的毒性

6.4 镁锂合金的热处理

6.4.1 HMB1合金热处理

6.4.2 MA21和HMB2-1合金的热处理

6.4.3 MA18合金的热处理

6.5 镁锂合金的机械加工

6.5.1 变形镁锂合金HMB2的高温热机械加工

6.5.2 镁锂合金机械加工时的注意事项

6.6 镁锂合金的焊接

6.6.1 合金焊接前表面处理

6.6.2 氩弧焊工艺

6.6.3 合金的焊接性

6.6.4 搅拌摩擦焊

6.6.5 不同锂含量镁锂合金焊接

6.6.6 镁锂合金与异种材料连接

参考文献

第7章 镁锂合金腐蚀与防护

7.1 镁锂合金的腐蚀

7.1.1 合金化元素对镁锂合金耐蚀性的影响

7.1.2 α相镁锂合金的腐蚀性能

7.1.3 α β双相镁锂合金的腐蚀性

7.1.4 日相镁锂合金的腐蚀性

7.2 镁锂合金表面防护

7.2.1 镁锂合金表面化学镀

7.2.2 镁锂合金表面化学转化膜

7.2.3 镁锂合金表面阳极氧化

7.2.4 镁锂合金表面微弧氧化

7.2.5 镁锂合金表面有杉卜尤机杂化涂层

7.2.6 镁锂合金表面疏水涂层

7.2.7 在镁锂合金表面自组装热压分子筛膜

7.2.8 聚苯胺-环氧涂层

参考文献

第8章 镁锂合金复合材料

8.1 复合材料简介[1，2]

8.2 镁锂基复合材料的制造方法

8.2.1 浸渗法

8.2.2 粉末冶金法

8.2.3 薄膜冶金法

8.2.4 搅拌铸造法

8.2.5 原位合成法

8.3 镁锂基复合材料的界面

8.4 镁锂基复合材料的基体和增强体

8.4.1 基体合金

8.4.2 常用增强体

8.5 YAl2颗粒增强镁锂复合材料

8.5.1 YAl2颗粒增强Mg-14Li-1Al合金基复合材料

8.5.2 YAl2颗粒增强Mg-12Li复合材料

8.6 MgO/Mg2Si增强镁锂基复合材料

8.6.1 复合材料显微组织

8.6.2 MgO粒子形貌

8.6.3 M82Si粒子形貌

8.7 MgO颗粒增强镁锂基复合材料

8.7.1 反应热力学讨论与组织分析

8.7.2 Mg-6Li-5B2O3反应动力学研究

8.8 Al2O3纤维增强镁锂基复合材料

8.9 SiC纤维增强镁锂基复合材料

参考文献

……2100433B

镁锂超轻合金在追求轻量化的诸多领域有着广泛的应用前景。《镁锂超轻合金》对镁锂合金的研究历史与现状，镁锂合金相关基础理论和应用，镁锂合金制备、加工、微观组织和结构、表面技术等进行了系统的介绍。全书主要内容包括八章，分别为镁锂合金概论、镁锂合金物理化学基础、典型工业牌号镁锂合金、镁锂合金制备方法、镁锂合金组织与性能、镁锂合金加工与焊接、镁锂合金腐蚀与防护、镁锂合金复合材料。

《镁锂超轻合金》可作为高等院校、研究院所从事材料科学与工程、冶金工程、腐蚀与防护等相关领域的教师、研究工作者、研究生和工程技术人员的参考资料。

镁锂合金早在1960年代，美国NASA即开发应用于航天工业零件上，然因锂价昂且耐蚀性，使Mg-Li合金发展停滞。近年来，因熔炼与表面处理技术精进，大批量使用，使Mg-Li合金再受瞩目。

在美国、日本、德国、俄罗斯等国都有商业镁锂合金系，而在中国则没有相应的合金系。我国对Mg-Li合金的研究还处于起步阶段，中铝郑州轻金属研究院在2010年成功研制超轻镁锂合金，领头中国镁锂合金发展。

变形镁锂合金产品形态有箔、板、管、棒、型材等，可薄至0.06mm壁厚。铸造镁锂合金有各种尺寸的铸锭。

牌号有LA141(Mg85-Li14-Al1)、LA91、LZ91、LAZ933 (Mg85-Li9-A3-Zn3)、LAZ931 (Mg85-Li9-A3-Zn1) 、MA18、MA21。

锂(Li)为一种银白色的轻金属;熔点为180°C，沸点1342°C，密度0.53g/cm3，硬度0.6。金属锂可溶于液氨。纯铝太软,当在铝中加入少量的Li、Mg、Be等金属熔成合金，既轻便，又坚硬。

镁锂合金(magnesium-lithium alloy )它是结构金属材料中密度最低者，在镁金属中添加锂元素，一般含锂14-16 %，其比重介于1.4-1.6，较一般镁合金的1.8更低，比塑料密度略高，强度220～340MPa，弹性模量40GPa。阻尼大，是铝合金的十几倍，也就是能吸收冲击能量，减震降噪效果好.在屏蔽电磁干扰方面,镁锂合金也有突出表现。

镁锂合金材料除超轻外，最大特色为可常温塑性加工成型，如轧延、冲压等技术大量生产，也可铸造成型和半固态注塑成型。

轻金属材料在减少环境污染和能量消耗的作用已经被广泛的认识，镁的密度只有1.74g/cm3，因此是已经应用的最轻的结构材料。镁合金由于其高的热传导效率、显著地减震作用以及电子屏蔽作用强被广泛应用于3C电子工业。然而由于镁合金的秘排六方结构，使其冷加工变形显得相当困难，这种困难基本上抵消了镁合金的优点，严重限制镁合金在工业上应用。

金属锂在镁合金中添加后可以使镁合金的晶体结构转变为可以进行冷加工变形的结构，因此以补偿镁合金密排六方结构的不足。金属锂加入镁合金后同样也可以使合金的密度降低很多，有利于金属的轻量化应用。

从镁锂合金二元相图中可以看到，当Li的含量大致在11wt.%时，镁锂合金的晶体结构将从原先镁合金固溶体的密排六方转变为Li的共熔体的体心立方结构。

镁锂合金的β相不仅使合金的密度降低至1.5g/cm3，而且提高了合金在室温时候的延展性能。

然而由于二元β相镁锂合金低的强度、熔点以及蠕变抗力使其很少在工程领域应用。

因此人们开始设计二元/三元β相镁锂合金，通过合金元素的加入，达到客服合金的不利缺点

·1955年，Jones通过对三元镁β合金(镁和锂的比例为88:12)分析研究其强度和加工硬化性能，Jones指出通过加入Cd、Zn或者Al在铸造和轧制过程中可以产生最佳的性能，但是在常温下合金不很稳定，另一方面添加Si、Cu、Sn或者Ce后合金的机械性能出现降低。

·1957年，Clarkhe 和Sturkey在研究Mg-19.6Li-18.5Zn时发现，由于析出相MgLi2Zn转变为平衡稳定的LiZn相，室温下20-30h时效后，合金快速的达到最大硬度。

·1980年，Alamo和Barchik通过研究Mg-11.4Li-1.4Alβ合金的沉淀强化现象并且证实当合金完全固溶后在室温下时效，发生了相的反应β-β θ α，当θ相( θ 相主要是平稳的稳定相AlLi相)析出时合金的硬度达到最大值。

super-light magnesium alloy

主要指镁锂合金，是结构金属材料中最轻的一种合金。

相对密度为1.30～1.65t/m3，强度较高，特别是压缩屈服强度显著高于其他镁合金。具有良好的塑性和韧性(包括低温韧性)，缺口敏感性小，容易加工和焊接。

这类合金按组织不同可分为三类：α型合金(含有4.5%～6.0%锂和5.0%～6.0%铝，余为镁)、α β型合金(含有7.0%～10.0%锂，4.0%～6.0%铝，余为镁)和β型合金(含有10.0%～11.5%锂，0.5%～1.0%铝，余为镁)。

为了提高强度，还往往加入锌、锰、镉、铈等元素。这类合金可以通过热处理进行强化。由于锂的化学性质活泼，熔铸工艺比较复杂；抗蚀性低于其他镁合金，且有较严重的应力腐蚀倾向。2100433B