《表1 Al对挤压态镁锂合金力学性能的影响[26]》

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《镁锂合金强化行为研究进展》

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通常，Al和Zn元素是强化镁锂合金最常用的元素，它们在镁锂合金中有较大的固溶度，且固溶度会随着固溶温度的降低而逐渐减小[23-24]。在早期研究中，学者们对镁锂合金中只添加Al或者Zn元素进行了一些探索。Singh等[25]研究发现，在Mg-4Li合金中添加Al元素后可在合金晶界处形成Mg17Al12、Al Li和Al3Li相；同时，随着Al含量的增加，合金的晶粒尺寸逐渐变小，力学强度逐渐增强；当Al含量为6%时，含Al的合金相颗粒在热挤压过程中产生颗粒促进形核（Particle stimulated nucleation，PSN）效应，使得合金晶粒尺寸减小至1μm以下，合金屈服强度和抗拉强度分别提升至160 MPa和240 MPa。表1为Al对挤压态Mg-Li合金力学性能的影响[26]。Yamamoto等[27]在研究Zn对镁锂合金的时效强化机制时发现，在单α相合金中析出的MgLiZn相、在单β相以及双相α+β合金相界处析出的MgLi2Zn相都会使合金产生时效硬化的效果。表2为Zn对挤压态镁锂合金力学性能的影响[28]。此后，研究者尝试在Mg-Li-Zn或Mg-Li-Al基合金中加入其他元素进行合金化强化。李瑞红等[29]研究发现，在LA141（Mg-14Li-1Al）合金中加入Y或Sr元素后，生成的第二相Al2Y，Al4Sr和Mg17Sr2会择优偏聚于β-Li基体相晶界前沿，形成强溶质过冷层，阻碍晶粒的长大，从而细化合金组织；添加质量分数比为0.3%的Y元素，LA141合金的屈服强度和抗拉强度可达到154 MPa和161 MPa。Chang等[30]发现在Mg-9Li-3Al合金中加入一定量的Sn和Y元素后，可在晶界处形成MgLi2Sn和Al2Y相，合金屈服强度和抗拉强度分别为118 MPa和148 MPa，图2和图3分别为LA141合金的SEM图和拉伸曲线图。Liu等[31]研究发现在Mg-14Li-1Al合金中加入Ce元素后，合金中形成的Al2Ce会降低Al在α-Mg和β-Li相中的溶解度以及碎化Mg17Al12相，从而提升合金的强度；当添加的Ce含量达到最大固溶度（0.9%）时，Mg-14Li-1Al合金达到抗拉强度最大值203 MPa。郭宏伟等[32]发现在Mg-4Li合金中添加元素Al后，可形成β-Mg17Al12相；若同时添加Al和Si元素，Mg-4Li-3（Al-Si）和Mg-4Li-6（Al-Si）合金中将形成β-Mg17Al12和Mg2Si相；经过轧制变形后，Mg-4Li-6（Al-Si）合金的组织得到细化，其抗拉强度可显著提升至370MPa。左小军等[33]发现，在Mg-8Li-3Zn合金中添加Sr元素，合金中将形成沿晶界呈网状分布的含Sr化合物，从而导致铸态合金的拉伸断裂机制由韧性断裂向脆性断裂转变；经挤压变形后，合金中网状分布的含Sr化合物被碎化成细小颗粒，并弥散分布在合金基体中，最终合金屈服强度和抗拉强度分别为182 MPa和213 MPa。在研究Ca元素对Mg-9Li-2Zn合金力学性能影响时，李红斌等[34]发现Ca元素的添加可在合金的晶粒界面处形成一层薄膜，将晶粒严密地包裹起来，抑制晶粒的生长，细化晶粒；当添加质量分数为0.1%的Ca时，合金的抗拉强度大幅提高至208 MPa。综上所述，合金化元素在镁锂合金中可以与基体形成稳定的化合物，并可细化晶粒，最终达到提高合金强度的效果。