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第1章 绪论 1.1引言 镁锂合金又称为超轻合金3C产品)等领域。但是，锂的加入在降低密度、提高塑性的同时，却使合金的抗腐蚀性能显著降低960(1967年，洛克希德马丁与IBM合作，开发了航天飞机“Stern-V”用的Mg-Li合金部件[2]。总之，随着3C产业迅速发展，人们对便携性、轻量化、环保型产品需求的增长，Mg-Li合金的应用也将会越来越广泛。 1.3 镁锂合金的研究历史及现状 1.3.1 镁锂合金的研究历史 1910年，德国Masing[3,4]在研究Li、Na1949年Jackson等[5]对Mg-Li合金的制备、加工等各种性能进行了全面系统的研究，其工作是Mg-Li合金研究的重要里程碑。1954年，French等[6]提出了完整的Mg-Li二元相图。当合金中锂的质量百分含量小于5.7%，合金的相组成为镁基α单相固溶体（密排六方结构）；锂含量在5.7%-11.5%之间，合金中同时存在α相和β相（bbc结构）；锂含量超过11.5%，合金的相组成为锂基β单相固溶体。 20世纪60年代中期至1990年，前苏联科学院开始研究镁锂合金，开发出了可焊接、可锻造的MA21、MA18等合金，并制出了强度与延性较好、组织稳定的镁锂合金零件。1983年前苏联学者首先实现了MA21合金的超塑成型，1984年首创了激光快速凝固细化表层晶粒的新工艺，随后在这方面进行了较多的研究，通过调整熔化区结构提高MA21Mg-Li合金的硬度、强度、虽然其塑性有一定下降，但其常温抗蠕变性能得到改善，同时，其耐蚀性提高，磷化及氧化处理后的磷化层和氧化层性能得到改善[7]。 1.3.2 镁锂合金的研究现状 日本一些大学、产业界充分利用美国、前苏联两国学者的工作成果，自20世纪80年代末开始，集中对二元镁锂合金及三元Mg-Li-RE合金进行研究。在Mg-8Li-lZn合金系中获得最大超塑延伸率840%，同时开发出Mg-36Li-5Zn、Mg-36Li-5Al等可浮在水面、密度仅为0.95g/cm3的超轻Mg-Li合金[8]。 20世纪80年代以来，人们着手探索通过其它途径来改善Mg-Li系合金性能的可能性。这些途径包括Mg-Li基复合材料、Mg-Li合金的快速凝固工艺、Mg-Li-RE系合金等方面。同时，人们并未放弃传统的提高合金性能的各种尝试，即常规元素添加、冷热加工、时效处理等方面。就常规方法而言，三元系及多元系镁锂合金依然是研究的重点。 随着要求宇航器件减轻、兵器轻量化的发展、对超轻材料的要求更加迫切，美国、欧洲、俄罗斯、日本及朝鲜等国对Mg-Li合金及Mg-Li基复合材料的研制越来越重视。目前，日本法库特、科贝尔克公司已开发出最轻的实用的含铅Mg-Li合金，该产品主要提供给便携式轻量器材制造领域使用。该产品样品已出售给NEC等日本大型电子器材厂家，已进入批量生产。 英国剑桥大学的Mason等[9]于1989年发表了Mg-Li合金金属基复合材料的初期报告，指出尽管获得了制作复合材料的有效途径，使得Mg-Li合金的强度大大提高，但由于Li的扩散率高、化学性质活泼，所以强化相的选取非常有限，只有SiC晶须能保持稳定状态。次年，该大学的Kieschke等[10]用溅射沉积法在SiC单纤维表面覆盖一层Y2O3镀膜来阻碍Li的扩散，以增大SiC的稳定性，发现效果很好。 Jensen等[11]对含钢纤维的复合材料进行了研究，对纤维尺寸与机械性能之间的关系作了重点研究，发现Hall-Fetch公式与实验数据最为吻合。2000年，Zhang等[12]对SiCW/Mg-Li-Al复合材料的界面结构和机械性能作了研究，他们用热动力学理论选择了适合于Mg-Li-X基复合材料的强化相，用液压浸渗技术(Liquid Pressure Infiltration Technology)制备复合材料，发现与基体合金相比，强度提高45%，杨氏模量提高35%，而且SiC晶须在Mg-Li基体中状态稳定。 我国在镁锂合金的研究工作方面还处于起步阶段，自20世纪90年代起，才开始进行研究，主要的研究院校有东北大学、上海交通大学、中科院、中南大学、北京航空航天大学、哈尔滨工程大学等。开发了一些新的合金体系，如Mg-Li-Mn、Mg-Li-Zn-Ca系、Mg-Li-Al-Zn系、Mg-Li-Al-Ca系等[13-15]。上海交通大学在镁锂基复合材料方面做了大量的工作并取得了一些研究成果。我国学者虽对Mg-Li合金进行了一些基础性研究工作，开发出一些合金体系，但在Mg-Li合金的应用开发方面却仍处于空白。近几年国外的研究工作，主要集中在相组成和相结构的表征、Mg-Li基复合材料的研究、Mg-Li基合金的变形行为和变形性机理[16-20]以及Mg-Li合金的超塑性[21]。表1.1和表1.2是典型的Mg