鎂鋰(Mg-Li)合金被認為是最輕的結構金屬材料(ρ,1.35-1.65g/cm3)，其密度僅相當於常見鎂合金的2/3-3/4或鋁合金的1/2-2/3。低密度Mg-Li合金力學效能、電磁遮蔽和減振降噪的優異結合，有助於提高能源利用效率，減少環境汙染。因此，Mg-Li合金在航空航天、醫療器械、武器、電子等領域具有廣泛的應用前景，被稱為21世紀綠色工程材料。然而，Mg-Li合金的強度低、抗蠕變和耐蝕性差以及自然時效過程中的不穩定性限制了更廣泛的應用。Mg-Li合金只在真空下熔鍊，導致鑄態組織缺陷較多，需透過塑性變形降低孔隙率、細化晶粒等改善合金效能。熱處理對組織效能也有顯著影響。大多數情況下，透過塑性變形和熱處理，Mg-Li合金可獲得理想的高強度和良好的延展性。雖然已對Mg-Li合金展開了很多研究，但是很少有專門的綜述文章系統地報道塑性變形和熱處理對Mg-Li合金微觀組織和力學效能的影響。
上海交通大學丁文江院士團隊劉文才、吳國華等人綜述了Mg-Li合金變形加工和熱處理的研究進展，重點介紹了影響Mg-Li合金塑性變形的因素，塑性變形和熱處理對合金組織演變和力學效能的影響。指出了鎂鋰合金規模化應用中存在的問題，並對未來的研究方向進行了展望。相關論文以題為“Plastic deformation and heat treatment of Mg-Li alloys: a review”發表在Journal of Materials Science & Technology。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.04.072
研究表明Li可以降低Mg的軸向比和非基底滑移的臨界剪下應力(CRSS)，有助於啟用附加滑移系，提高塑性變形能力。一般情況下，Mg-Li二元合金中Li含量越高，塑性越好，但強度越低。另外變形溫度和合金元素也是影響Mg-Li合金變形機制的關鍵因素。α-Mg和β-Li相在變形過程中的組織演變有顯著差異，動態再結晶過程中的晶粒細化機制也有顯著差異。β-Li相的出現降低了合金的變形抗力，使合金變形過程更加均勻，α-Mg相的最大應力相對較低。因此，β-Li相的DRX軟化降低了α-Mg相的DRX驅動力。動態再結晶的發生主要與變形溫度和應力速率有關。Mg-Li合金通常採用擠壓作為中間變形，為後續的塑性變形或熱處理提供良好的組織條件。擠壓溫度、擠壓比、擠壓速度和均勻化處理對Mg-Li合金的力學效能均有顯著影響。
圖
1 擠壓溫度對Mg-9Li-3Al-2.5Sr合金組織的影響
圖2 擠壓Mg-Li板材的極圖
(a) Mg-1Li; (b) Mg-2Li; (c) Mg-3Li
圖3 Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y合金在不同溫度下時效4h的TEM圖
(a)50℃; (b) 75℃; (c) 100℃
圖4 (a) Mg-11Li-3Al-1(Zr, Y)合金的TEM圖; (b) 黃色方形區域的傅立葉反變換(IFFT)圖; (c) 自然時效過程中硬度變化; (d)Mg-11Li-3Al-1(Zr, Y)自然時效1000 h後的TEM圖
熱處理也對合金有顯著影響，Mg-Li合金隨著時效時間的延長和溫度的升高，軟相數量增加和析出相粗化會降低合金的硬度和強度。即使在室溫下也會發生時效軟化行為，導致強度穩定性差。合金化是現階段限制Mg-Li合金時效軟化的主要方法，Ag、Zr、Ca、Cu和稀土元素常被用作穩定元素。
鎂鋰合金雖具有一定優勢和廣闊的前景，並有望成為骨科植入物的候選材料，但在強度、時效軟化等方面還存在許多問題，要實現Mg-Li合金的大規模應用還需要付出很大的努力。未來需要對Mg-Li合金的變形機理和熱處理進行系統、深入的理論研究，建立組織、效能和工藝的關係模型，需要透過新的設計思想、先進技術和特殊變形方法，滿足更廣泛的結構應用。（文：破風）
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