Al和Si的增加對Mg-4Li合金微觀結構及機械性能的影響

背景介紹

鎂合金具有高比強度，低密度及優良的電磁屏蔽特性，因而受到許多關注，并被廣泛應用于汽車，3C產品（計算機，通訊及消費電子）和航空航天等各領域。而含有Li的鎂合金將進一步降低密度并顯著提高塑性，因此更多研究者把焦點放在Mg-Li合金方面。

通常Mg-Li合金的延展性比傳統鎂合金高得多，主要得益于β-Li的結構特點。與α-Mg相比，β-Li“更加軟”，因此Mg-Li合金強度要比傳統鎂合金低，如何提高Mg-Li合金強度便成為后續的努力方向。根據種種研究結果預測，通過添加Al-Si共晶合金可增強Mg-Li合金的機械性能。

樣品準備

通過磁懸浮真空高頻感應加熱法，制備獲得Mg-4Li，Mg-4Li-3Al，Mg-4Li-3(Al-Si) 和Mg-4Li-6(Al-Si)（重量比例）四種合金，然后進行熱軋處理。

樣品制備及電鏡檢測

樣品經過徠卡EM RES102多功能離子減薄儀進行離子束研磨和離子減薄，后續經SEM和TEM鏡檢及元素分析。

分析結果

熱軋板低放大倍數SEM圖像。

（a）Mg-4Li，（b）Mg-4Li-3Al，（c）Mg-4Li-3(Al-Si)，（d）Mg-4Li-6(Al-Si)

熱軋板低放大倍數SEM圖像。

（a）Mg-4Li，（b）Mg-4Li-3Al，（c）Mg-4Li-3(Al-Si)，（d）Mg-4Li-6(Al-Si)

經熱軋的Mg-4Li-3Al，EDS面分布圖。顯示球形析出相，白色球形以Al元素為主，黑色球形基本確定為Al的表面氧化結果。

經熱軋的Mg-4Li-3(Al-Si)，EDS面分布圖。顯示除了球形析出相，還有多邊形析出相，經分析元素以Si為主。

經熱軋的Mg-4Li-3(Al-Si)，EDS面分布圖。多邊形析出相，元素以Si為主。

鑒于SEM觀察條件下EDS空間分辨率有限，只能用于定性分析，因此又對樣品相應區域進行TEM鏡檢及分析。

經熱軋的Mg-4Li-3(Al-Si)，TEM圖像及EDS結果，顯示球形析出相主要元素為Al。

經熱軋的Mg-4Li-3(Al-Si)，三個傾斜角度

的HRTEM圖像及衍射花樣，據此判斷球形析出相主要為Al3Li。

TEM圖像顯示在經熱軋的Mg-4Li-6(Al-Si)

合金中球形析出相（標記為S）和多邊形析出相（標記為P）的典型形態。

Mg-4Li-6(Al-Si)合金中一個多邊形析出相的

TEM分析結果。根據衍射花樣分析其晶體結構對應為Mg2Si。

各熱軋的Mg-Li合金樣品的機械性能對比表。

? YS(Yield Strength)：屈服強度

? UTS(Ultimate Tensile Strength)：極限抗拉強度

? FE(Fracture Elongation)：伸長率

根據上表可看出，隨著Al和Si的增加，Mg-Li合金各機械性能都得到大大增強。