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)，其密度僅相當于常見鎂合金的2/3-3/4或鋁合金的1/2-2/3。低密度Mg-Li合金力學性能、電磁屏蔽和減振降噪的優(yōu)異結合，有助于提高能源利用效率，減少環(huán)境污染。因此，Mg-Li合金在航空航天、醫(yī)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(wěn)定性限制了更廣泛的應用。Mg-Li合金只在真空下熔煉，導致鑄態(tài)組織缺陷較多，需通過塑性變形降低孔隙率、細化晶粒等改善合金性能。熱處理對組織性能也有顯著影響。大多數(shù)情況下，通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(tǒng)地報道塑性變形和熱處理對Mg-Li合金微觀組織和力學性能的影響。

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性能的影響。指出了鎂鋰合金規(guī)模化應用中存在的問題，并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(fā)表在Journal of Materials Science & Technology。

論文鏈接：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切應力(CRSS)，有助于激活附加滑移系，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(tài)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(xiàn)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(tài)再結晶的發(fā)生主要與變形溫度和應力速率有關。Mg-Li合金通常采用擠壓作為中間變形，為后續(xù)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合金的力學性能均有顯著影響。

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(qū)域的傅里葉反變換(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后的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(shù)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(fā)生時效軟化行為，導致強度穩(wěn)定性差。合金化是現(xiàn)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(wěn)定元素。

鎂鋰合金雖具有一定優(yōu)勢和廣闊的前景，并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(xiàn)Mg-Li合金的大規(guī)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(tǒng)、深入的理論研究，建立組織、性能和工藝的關系模型，需要通過新的設計思想、先進技術和特殊變形方法，滿足更廣泛的結構應用。