Al和Si的增加对Mg-4Li合金微观结构及机械性能的影响

背景介绍

镁合金具有高比强度，低密度及优良的电磁屏蔽特性，因而受到许多关注，并被广泛应用于汽车，3C产品（计算机，通讯及消费电子）和航空航天等各领域。而含有Li的镁合金将进一步降低密度并显著提高塑性，因此更多研究者把焦点放在Mg-Li合金方面。

通常Mg-Li合金的延展性比传统镁合金高得多，主要得益于β-Li的结构特点。与α-Mg相比，β-Li“更加软”，因此Mg-Li合金强度要比传统镁合金低，如何提高Mg-Li合金强度便成为后续的努力方向。根据种种研究结果预测，通过添加Al-Si共晶合金可增强Mg-Li合金的机械性能。

样品准备

通过磁悬浮真空高频感应加热法，制备获得Mg-4Li，Mg-4Li-3Al，Mg-4Li-3(Al-Si) 和Mg-4Li-6(Al-Si)（重量比例）四种合金，然后进行热轧处理。

样品制备及电镜检测

样品经过徕卡EM RES102多功能离子减薄仪进行离子束研磨和离子减薄，后续经SEM和TEM镜检及元素分析。

分析结果

热轧板低放大倍数SEM图像。

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

热轧板低放大倍数SEM图像。

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

经热轧的Mg-4Li-3Al，EDS面分布图。显示球形析出相，白色球形以Al元素为主，黑色球形基本确定为Al的表面氧化结果。

经热轧的Mg-4Li-3(Al-Si)，EDS面分布图。显示除了球形析出相，还有多边形析出相，经分析元素以Si为主。

经热轧的Mg-4Li-3(Al-Si)，EDS面分布图。多边形析出相，元素以Si为主。

鉴于SEM观察条件下EDS空间分辨率有限，只能用于定性分析，因此又对样品相应区域进行TEM镜检及分析。

经热轧的Mg-4Li-3(Al-Si)，TEM图像及EDS结果，显示球形析出相主要元素为Al。

经热轧的Mg-4Li-3(Al-Si)，三个倾斜角度

的HRTEM图像及衍射花样，据此判断球形析出相主要为Al3Li。

TEM图像显示在经热轧的Mg-4Li-6(Al-Si)

合金中球形析出相（标记为S）和多边形析出相（标记为P）的典型形态。

Mg-4Li-6(Al-Si)合金中一个多边形析出相的

TEM分析结果。根据衍射花样分析其晶体结构对应为Mg2Si。

各热轧的Mg-Li合金样品的机械性能对比表。

▪ YS(Yield Strength)：屈服强度

▪ UTS(Ultimate Tensile Strength)：极限抗拉强度

▪ FE(Fracture Elongation)：伸长率

根据上表可看出，随着Al和Si的增加，Mg-Li合金各机械性能都得到大大增强。