鎂鋰超輕合金

序

前言

第1章 鎂鋰合金概論

1.1 鎂鋰合金的發(fā)展歷程

1.2 鎂鋰合金的特點

1.3 鎂鋰合金的應(yīng)用

1.3.1 鎂鋰合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

1.3.2 鎂鋰合金在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

1.3.3 鎂鋰合金在民用領(lǐng)域的應(yīng)用

1.3.4 鎂鋰合金作為化學(xué)電源陽極材料

1.4 鎂鋰合金展望

參考文獻(xiàn)

第2章 鎂鋰合金物理化學(xué)基礎(chǔ)

2.1 鎂的性質(zhì)

2.1.1 鎂的物理化學(xué)性質(zhì)

2.1.2 鎂的力學(xué)性能

2.1.3 化學(xué)活性

2.1.4 雜質(zhì)對鎂耐腐蝕性的影響

2.2 鋰的性質(zhì)及應(yīng)用

2.2.1 鋰的性質(zhì)

2.2.2 鋰的應(yīng)用

2.3 鋰對鎂性質(zhì)的影響

2.4 鎂鋰合金系相圖

2.4.1 鎂鋰二元合金相圖

2.4.2 Mg-Li-Al合金相圖

2.4.3 Mg-Li-Zn合金相圖

2.4.4 Mg-Li-Ag合金相圖

2.4.5 Mg-Li-Cu合金相圖

2.4.6 Mg-Li-Pb合金相圖

2.4.7 Mg-Li-Cd合金相圖

2.4.8 Mg-Li-La合金相圖

2.4.9 Mg-Li-Ce合金相圖

2.4.10 Mg-Li-Ga合金相圖

2.4.11 Mg-Li-Y合金相圖

2.4.12 Mg-Li-In合金相圖

2.4.13 Mg-Li-Sn合金相圖

2.4.14 Mg-Li-T1合金相圖

2.4.15 其他三元合金相圖

2.4.16 四元合金相圖

參考文獻(xiàn)

第3章 典型工業(yè)牌號鎂鋰合金

3.1 MA21和MA18變形合金的組織和性能

3.1.1 MA21和MA18合金顯微組織

3.1.2 MA21和MA18合金的性能

3.1.3 工藝對合金結(jié)構(gòu)和性能的影響

3.1.4 MA21和MA18變形合金力學(xué)性能的穩(wěn)定性

3.2 LA141A合金的組織和性能

3.2.1 LA141A合金的力學(xué)性能

3.2.2 LA141A合金的物理及冶金性能

3.2.3 LA141A合金的連接

3.2.4 LA141A合金的耐腐蝕性、清洗和表面修飾

3.2.5 LA141A合金鑄錠及鑄件生產(chǎn)

3.2.6 LA141A合金的加工和成型

參考文獻(xiàn)

第4章 鎂鋰合金制備方法

4.1 混熔-對摻法制備鎂鋰合金

4.1.1 鎂鋰合金熔煉

4.1.2 合金原料

4.1.3 合金廢料

4.1.4 運輸熔體的方法

4.1.5 鑄錠的凈化

4.2 熔鹽電解法制備鎂鋰合金

4.2.1 陰極合金化法熔鹽電解制備鎂鋰合金

4.2.2 陰極合金化法電解制備鎂鋰合金

4.2.3 熔鹽體系中共電沉積合金理論

4.3 熔鹽電解共電沉積鎂鋰系合金

4.3.1 熔鹽電解共電沉積鎂鋰合金

4.3.2 鎂鋰鈣合金熔鹽電解共電沉積

4.3.3 鎂鋰鋁合金熔鹽電解共電沉積

4.3.4 鎂鋰鋅合金熔鹽電解共沉積

4.3.5 鎂鋰稀土合金熔鹽電解共沉積

參考文獻(xiàn)

第5章 鎂鋰合金組織與性能

5.1 鎂鋰合金中的主要合金元素

5.2 合金元素對鎂鋰合金的影響

5.2.1 鋁元素的影響

5.2.2 鋅元素的影響

5.2.3 硅元素的影響

5.2.4 銅元素的影響

5.2.5 銀元素的影響

5.2.6 鎘元素的影響

5.2.7 鋯元素的影響

5.2.8 錳元素的影響

5.2.9 鈣元素的影響

5.2.10 稀土元素的影響

5.3 典型鎂鋰合金的組織和性能

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 鎂鋰合金熱變形研究

5.4.1 不同條件下鎂鋰合金熱變形的真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線

5.4.2 熱變形流變應(yīng)力本構(gòu)方程

5.4.3 能量耗散圖

5.4.4 熱變形后組織分析

5.5 含鋰的鎂基非晶態(tài)合金

參考文獻(xiàn)

第6章 鎂鋰合金加工與焊接

6.1 鑄造鎂鋰合金和特種鑄件的加工工藝

6.1.1 鎂鋰合金鑄造工藝

6.1.2 鎂鋰合金鑄錠的性質(zhì)

6.1.3 特種鎂鋰合金鑄件鑄造工藝

6.2 鎂鋰合金安全生產(chǎn)的技術(shù)要求

6.3 鎂鋰合金元素的毒性

6.4 鎂鋰合金的熱處理

6.4.1 HMB1合金熱處理

6.4.2 MA21和HMB2-1合金的熱處理

6.4.3 MA18合金的熱處理

6.5 鎂鋰合金的機械加工

6.5.1 變形鎂鋰合金HMB2的高溫?zé)釞C械加工

6.5.2 鎂鋰合金機械加工時的注意事項

6.6 鎂鋰合金的焊接

6.6.1 合金焊接前表面處理

6.6.2 氬弧焊工藝

6.6.3 合金的焊接性

6.6.4 攪拌摩擦焊

6.6.5 不同鋰含量鎂鋰合金焊接

6.6.6 鎂鋰合金與異種材料連接

參考文獻(xiàn)

第7章 鎂鋰合金腐蝕與防護(hù)

7.1 鎂鋰合金的腐蝕

7.1.1 合金化元素對鎂鋰合金耐蝕性的影響

7.1.2 α相鎂鋰合金的腐蝕性能

7.1.3 α β雙相鎂鋰合金的腐蝕性

7.1.4 日相鎂鋰合金的腐蝕性

7.2 鎂鋰合金表面防護(hù)

7.2.1 鎂鋰合金表面化學(xué)鍍

7.2.2 鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

7.2.3 鎂鋰合金表面陽極氧化

7.2.4 鎂鋰合金表面微弧氧化

7.2.5 鎂鋰合金表面有杉卜尤機雜化涂層

7.2.6 鎂鋰合金表面疏水涂層

7.2.7 在鎂鋰合金表面自組裝熱壓分子篩膜

7.2.8 聚苯胺-環(huán)氧涂層

參考文獻(xiàn)

第8章 鎂鋰合金復(fù)合材料

8.1 復(fù)合材料簡介[1，2]

8.2 鎂鋰基復(fù)合材料的制造方法

8.2.1 浸滲法

8.2.2 粉末冶金法

8.2.3 薄膜冶金法

8.2.4 攪拌鑄造法

8.2.5 原位合成法

8.3 鎂鋰基復(fù)合材料的界面

8.4 鎂鋰基復(fù)合材料的基體和增強體

8.4.1 基體合金

8.4.2 常用增強體

8.5 YAl2顆粒增強鎂鋰復(fù)合材料

8.5.1 YAl2顆粒增強Mg-14Li-1Al合金基復(fù)合材料

8.5.2 YAl2顆粒增強Mg-12Li復(fù)合材料

8.6 MgO/Mg2Si增強鎂鋰基復(fù)合材料

8.6.1 復(fù)合材料顯微組織

8.6.2 MgO粒子形貌

8.6.3 M82Si粒子形貌

8.7 MgO顆粒增強鎂鋰基復(fù)合材料

8.7.1 反應(yīng)熱力學(xué)討論與組織分析

8.7.2 Mg-6Li-5B2O3反應(yīng)動力學(xué)研究

8.8 Al2O3纖維增強鎂鋰基復(fù)合材料

8.9 SiC纖維增強鎂鋰基復(fù)合材料

參考文獻(xiàn)

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鎂鋰超輕合金在追求輕量化的諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。《鎂鋰超輕合金》對鎂鋰合金的研究歷史與現(xiàn)狀，鎂鋰合金相關(guān)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用，鎂鋰合金制備、加工、微觀組織和結(jié)構(gòu)、表面技術(shù)等進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。全書主要內(nèi)容包括八章，分別為鎂鋰合金概論、鎂鋰合金物理化學(xué)基礎(chǔ)、典型工業(yè)牌號鎂鋰合金、鎂鋰合金制備方法、鎂鋰合金組織與性能、鎂鋰合金加工與焊接、鎂鋰合金腐蝕與防護(hù)、鎂鋰合金復(fù)合材料。

《鎂鋰超輕合金》可作為高等院校、研究院所從事材料科學(xué)與工程、冶金工程、腐蝕與防護(hù)等相關(guān)領(lǐng)域的教師、研究工作者、研究生和工程技術(shù)人員的參考資料。

鎂鋰合金早在1960年代，美國NASA即開發(fā)應(yīng)用于航天工業(yè)零件上，然因鋰價昂且耐蝕性，使Mg-Li合金發(fā)展停滯。近年來，因熔煉與表面處理技術(shù)精進(jìn)，大批量使用，使Mg-Li合金再受矚目。

在美國、日本、德國、俄羅斯等國都有商業(yè)鎂鋰合金系，而在中國則沒有相應(yīng)的合金系。我國對Mg-Li合金的研究還處于起步階段，中鋁鄭州輕金屬研究院在2010年成功研制超輕鎂鋰合金，領(lǐng)頭中國鎂鋰合金發(fā)展。

變形鎂鋰合金產(chǎn)品形態(tài)有箔、板、管、棒、型材等，可薄至0.06mm壁厚。鑄造鎂鋰合金有各種尺寸的鑄錠。

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

鋰(Li)為一種銀白色的輕金屬;熔點為180°C，沸點1342°C，密度0.53g/cm3，硬度0.6。金屬鋰可溶于液氨。純鋁太軟,當(dāng)在鋁中加入少量的Li、Mg、Be等金屬熔成合金，既輕便，又堅硬。

鎂鋰合金(magnesium-lithium alloy )它是結(jié)構(gòu)金屬材料中密度最低者，在鎂金屬中添加鋰元素，一般含鋰14-16 %，其比重介于1.4-1.6，較一般鎂合金的1.8更低，比塑料密度略高，強度220～340MPa，彈性模量40GPa。阻尼大，是鋁合金的十幾倍，也就是能吸收沖擊能量，減震降噪效果好.在屏蔽電磁干擾方面,鎂鋰合金也有突出表現(xiàn)。

鎂鋰合金材料除超輕外，最大特色為可常溫塑性加工成型，如軋延、沖壓等技術(shù)大量生產(chǎn)，也可鑄造成型和半固態(tài)注塑成型。

輕金屬材料在減少環(huán)境污染和能量消耗的作用已經(jīng)被廣泛的認(rèn)識，鎂的密度只有1.74g/cm3，因此是已經(jīng)應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)材料。鎂合金由于其高的熱傳導(dǎo)效率、顯著地減震作用以及電子屏蔽作用強被廣泛應(yīng)用于3C電子工業(yè)。然而由于鎂合金的秘排六方結(jié)構(gòu)，使其冷加工變形顯得相當(dāng)困難，這種困難基本上抵消了鎂合金的優(yōu)點，嚴(yán)重限制鎂合金在工業(yè)上應(yīng)用。

金屬鋰在鎂合金中添加后可以使鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行冷加工變形的結(jié)構(gòu)，因此以補償鎂合金密排六方結(jié)構(gòu)的不足。金屬鋰加入鎂合金后同樣也可以使合金的密度降低很多，有利于金屬的輕量化應(yīng)用。

從鎂鋰合金二元相圖中可以看到，當(dāng)Li的含量大致在11wt.%時，鎂鋰合金的晶體結(jié)構(gòu)將從原先鎂合金固溶體的密排六方轉(zhuǎn)變?yōu)長i的共熔體的體心立方結(jié)構(gòu)。

鎂鋰合金的β相不僅使合金的密度降低至1.5g/cm3，而且提高了合金在室溫時候的延展性能。

然而由于二元β相鎂鋰合金低的強度、熔點以及蠕變抗力使其很少在工程領(lǐng)域應(yīng)用。

因此人們開始設(shè)計二元/三元β相鎂鋰合金，通過合金元素的加入，達(dá)到客服合金的不利缺點

·1955年，Jones通過對三元鎂β合金(鎂和鋰的比例為88:12)分析研究其強度和加工硬化性能，Jones指出通過加入Cd、Zn或者Al在鑄造和軋制過程中可以產(chǎn)生最佳的性能，但是在常溫下合金不很穩(wěn)定，另一方面添加Si、Cu、Sn或者Ce后合金的機械性能出現(xiàn)降低。

·1957年，Clarkhe 和Sturkey在研究Mg-19.6Li-18.5Zn時發(fā)現(xiàn)，由于析出相MgLi2Zn轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶夥€(wěn)定的LiZn相，室溫下20-30h時效后，合金快速的達(dá)到最大硬度。

·1980年，Alamo和Barchik通過研究Mg-11.4Li-1.4Alβ合金的沉淀強化現(xiàn)象并且證實當(dāng)合金完全固溶后在室溫下時效，發(fā)生了相的反應(yīng)β-β θ α，當(dāng)θ相( θ 相主要是平穩(wěn)的穩(wěn)定相AlLi相)析出時合金的硬度達(dá)到最大值。

super-light magnesium alloy

主要指鎂鋰合金，是結(jié)構(gòu)金屬材料中最輕的一種合金。

相對密度為1.30～1.65t/m3，強度較高，特別是壓縮屈服強度顯著高于其他鎂合金。具有良好的塑性和韌性(包括低溫韌性)，缺口敏感性小，容易加工和焊接。

這類合金按組織不同可分為三類：α型合金(含有4.5%～6.0%鋰和5.0%～6.0%鋁，余為鎂)、α β型合金(含有7.0%～10.0%鋰，4.0%～6.0%鋁，余為鎂)和β型合金(含有10.0%～11.5%鋰，0.5%～1.0%鋁，余為鎂)。

為了提高強度，還往往加入鋅、錳、鎘、鈰等元素。這類合金可以通過熱處理進(jìn)行強化。由于鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，熔鑄工藝比較復(fù)雜；抗蝕性低于其他鎂合金，且有較嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕傾向。2100433B