Viden

Ultralet magnesium-lithium-legering er et ideelt materiale til luftfart og elektronisk udstyr, men dets lave styrke og ustabile ydeevne har altid begrænset dets anvendelse. Den seneste forskning har vist, at ved præcis at tilsætte en spormængde calcium, kan styrken og plasticiteten af ​​magnesium-lithium-legeringen forbedres samtidig, hvor flydespændingen stiger med over 10% og forlængelsen overstiger 21%!

 

Magnesium-lithium-legering, som det letteste metalliske strukturmateriale, har en densitet på kun 1.35-1.65 g/cm³, hvilket er lettere end almindelige magnesiumlegeringer. Den har ekstremt høj specifik styrke og stivhed, samt fremragende dæmpnings- og elektromagnetiske afskærmningsegenskaber, hvilket gør den til et ideelt valg til letvægtsapplikationer inden for luftfart, jernbanetransport og 3C elektroniske produkter. Magnesium-lithium-legeringer lider dog af lav absolut styrke, dårlig varmebestandighed og undermåls korrosionsbestandighed, hvilket alvorligt begrænser deres tekniske anvendelser.

 

Legering er en effektiv måde at forbedre ydeevnen af ​​magnesium-lithium-legeringer. Aluminium (Al) kan styrke magnesiumlegeringer betydeligt, men det har en tendens til at danne den ustabile MgLi₂Al-fase, hvilket fører til ustabil mikrostruktur og egenskaber. Calcium (Ca) kan raffinere korn og danne styrkende faser, mens zirconium (Zr) og scandium (Sc) også har evnen til at raffinere korn og fremme udfældning. Ikke desto mindre er det fortsat et aktuelt forskningsfokus og en udfordring, hvordan man synergistisk kan kontrollere mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af magnesium-lithium-legeringer gennem multielement-mikrolegering.

 

Mg-5Li-1Al-xCa-0.25Zr-0.01Sc (x=0, 0.25, 0.5) legeringerne blev fremstillet ved almindelig tyngdekraftsstøbning. Mikrostrukturen blev analyseret ved hjælp af optisk mikroskop, scanningselektronmikroskop, energidispersivt spektrometer og transmissionselektronmikroskop. De mekaniske egenskaber blev evalueret ved hjælp af en trækprøve ved stuetemperatur. Indflydelsen af ​​Ca-indhold på legeringernes mikrostruktur og egenskaber blev systematisk undersøgt.

 

Mikrostruktur: Ca regulerer morfologien og fordelingen af ​​udfældede faser

Uden tilsætning af Ca dannes et stort antal diskontinuerlige eutektiske klynger af AlLi og intragranulære diskrete udfældede faser i legeringen. Efter tilsætning af 0.25% Ca opløses AlLi-partiklerne og danner ensartede klynger af opløst stof og sfæriske partikler med kerne-skal-struktur [med Al₃(Sc,Zr) som kerne og AlLi som skal], mens fine (Mg,Al)₂Ca-partikler genereres, hvilket forfiner kornene betydeligt. Men når 0.5% Ca tilsættes, opstår der parallelt arrangerede, nålelignende, kontinuerlige udfældede faser af AlLi med høj densitet i kornene, hvilket let kan føre til koplanær glidning under deformation og ikke er befordrende for plasticitet.

Figur 1 OM-billede af Mg-5Li-1Al-xCa-0.25Zr-0.01Sc-legering ------------------------------------

 

SEM-billeder og EDS-analyse af 23 slags legeringer i figur 2 ----------------------------

Figur 3 TEM-billede og tilsvarende SAED-mønster af Mg-5Li-1Al-0.5Ca-0.25Zr-0.01Sc-legering -----------------------

 

 

2. Mekaniske egenskaber: 0.25% Ca opnår en synergistisk forbedring af styrke og plasticitet

Legeringen med 0.25% Ca-tilsætning udviser de bedste omfattende mekaniske egenskaber: en flydespænding på 99.2 MPa, en trækstyrke på 210.4 MPa og en forlængelse på 21%, hvilket er henholdsvis 10.7%, 4.9% og 10.5% højere end legeringen uden Ca-tilsætning. Legeringen med 0.5% Ca-tilsætning viser dog et signifikant fald i plasticitet og styrke på grund af det plane slip forårsaget af den nålelignende AlLi-fase. Alle legeringer udviser savtakkede flydeegenskaber (PLC-effekt), som tilskrives den fastgørelseseffekt, som opløste atomer har på dislokationer.

​​​​​​​

Figur 4 Trækspændings-tøjningskurver og brudmorfologier for Mg-5Li-1Al-xCa-0.25Zr-0.01Sc-legeringer (x = 0, 0.25, 0.50, massefraktion %) --------------------------------------

 

【Hovedkonklusioner】

Tilsætning af spor af Zr/Sc kan inducere dannelsen af ​​AlLi-udfældninger i Mg-5Li-1Al-legering;

Tilsætning af 0.25% Ca kan forfine kornene, fremme genopløsning og ensartet udfældning af AlLi og danne kerne-skal-strukturerede partikler og (Mg,Al)₂Ca-fase;

Tilsætningen af ​​0.5% Ca fører til udfældning af den nålelignende AlLi-fase med høj densitet, hvilket forårsager koplanær glidning og reducerer plasticiteten;

Legeringen med 0.25% Ca-tilsætning har de bedste omfattende mekaniske egenskaber, med samtidig forbedring af styrke og plasticitet.