【引用格式】
陳小亮，楊波，顧亦誠，等. 超輕體心立方（BCC）結構鎂锂合金強化研究進展［J］. 特種鑄造及有色合金，2024，44（4）：457-464.
CHEN X L，YANG B，GU Y C，et al. Research progress in strengthening of ultralight body-centered cubic （BCC） structured Mg-Li alloys［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（4）：457-464.
導讀
Mg-Li合金具有低密度、高比強度和比剛度、良好的成形性等優異性能，在航空航天、電子通訊等領域有着廣闊的應用前景。當Li加入量大于10.3%（品質分數）時，Mg-Li合金呈單相體心立方（BCC）結構，是目前最輕的低密度金屬結構材料之一，但由于Li含量較高，強度低，限制了其在工程領域的應用。綜述了國内外BCC結構Mg-Li合金強化方法和強化機理的研究進展，重點論述了納米析出相強化後合金成形性低的問題，最後指出了目前存在的問題并對發展方向進行展望。
【研究背景】
Mg是密排六方（hcp）結構，滑移系少，切削加工性能差，限制了其應用範圍。在Mg中加入Li形成Mg-Li合金，降低了鎂晶體的臨界剪切應力和c/a軸比，增加了滑移系，提高了延展性，具有良好的可加工性能。Mg-Li合金的密度僅為鋁合金的1/2，傳統鎂合金的3/4，稱為超輕合金。由于其輕量化、高比強度和比剛度、良好的電磁屏蔽性能和阻尼特性以及優異的切削加工性能等特點，在軍事、航空航天以及3C産品等領域具有廣闊的應用前景。
根據Li含量（品質分數）和晶體結構的不同，Mg-Li合金可分為3種類型：①Li含量小于5.7%，由α-Mg單相（Li在Mg中的固溶體）組成，具有六方密排結構。少量Li的添加，降低了鎂合金的臨界剪切應力和c/a軸比，增加了非基面滑移（柱面或錐面滑移），進一步提高了室溫延展性，但合金仍然為hcp結構，滑移系相對較少，表現出強度高、塑形低的特點；②Li含量在5.7%~10.3%之間，由α-Mg和β-Li雙相組織組成，其中β-Li相為具有BCC結構的Li-Mg固溶體，兩相的共存既有α-Mg相的中等強度又有β-Li相優異的延展性，是以備受關注；③Li含量大于10.3%，基體相完全為β-Li相（Mg在Li中的固溶體）。合金僅有單一的BCC結構，滑移系較多，進而提高了成形性并降低了織構各向異性 ，但強度較低。
【研究亮點】
大量研究表明，BCC結構Mg-Li合金不僅降低了密度而且提高了塑性變形能力，但在一定程度上犧牲了強度，不滿足對高強的需求。鑄态、熱處理及塑性變形下合金的強度都很難超過250 MPa，提高其強度十分重要，在高Li含量的基礎上，強化Mg-Li合金強度，優化其力學性能，可以實作超低密度與高強度的良好結合。然而，BCC結構Mg-Li合金還存在高溫穩定性差以及易腐蝕等缺點。目前，主要的改善方法是合金化、細晶強化、形變強化、固溶強化和複合強化。
安徽工業大學、華孚科技股份有限公司聯合研究團隊在2024年第44卷第4期《特種鑄造及有色合金》期刊上發表了題為“超輕體心立方（BCC）結構鎂锂合金強化研究進展”的文章，作者基于BCC結構Mg-Li合金在強度方面的不足，綜述國内外提高其強度的相關研究，從合金化、變形強化和複合強化3個方面進行叙述，最後指出其存在的問題及發展方向，旨在為制備超輕高強的Mg-Li合金提供參考。
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【圖文解析】
圍繞合金元素添加、析出強化以及晶界處析出相的影響等方面介紹了超輕體心立方（BCC）結構鎂锂合金強化研究進展。具體内容包括近年來國内外BCC結構Mg-Li合金的力學性能、合金化元素在BCC結構Mg-Li合金中的固溶度、部分合金元素在BCC結構Mg-Li合金中的強化效果、添加合金化元素後通過熱處理可以使基體中生成均勻分布的納米尺寸析出相，顯著提高合金強度，并對BCC結構Mg-Li合金化及合金化後熱處理過程中，析出相使基體強度提高、塑性下降進行了分析。此外，還介紹了在Mg-Al-Zn合金中添加Y、Gd、Er元素（Zn和Y、Zn和Gd、Zn和Er按不同比例添加）可以原位生成具有高硬度、良好的熱穩定性、高耐腐蝕性和小摩擦因數的二十面體準晶相（I相）的相關内容。
圖1 D03-Mg3Al粒子在LA113合金中析出的TEM圖像（亮白色箭頭為超晶格衍射點；白色箭頭為棒狀白色沉澱物）
圖2 S-LZ116合金的TEM圖
圖3 鑄态Mg-14Li-xAl-yY 合金的拉伸應力-應變曲線
圖4 鑄态LAZx32-0.5Y合金斷口形貌
圖5 BCC結構Mg-11Li-3Al合金晶界的示意圖
圖6 Mg-14Li-6Zn-1Y合金背散射電子（BSE）圖像
變形強化在超輕體心立方（BCC）結構鎂锂合金強化中的作用。通過研究不同合金在塑性變形後強度和塑性的變化，以及析出相和晶粒細化的機制，探讨了強化機制。同時，還研究了不同軋制工藝對鎂锂合金微觀組織和力學性能的影響，并分析了強化機制。
圖7 Mg-16Li-4Zn-1Er合金經不同壓下量下室溫軋制和冷軋制的力學性能曲線
複合強化在Mg-Li合金中加入硬質陶瓷或其他材料（顆粒、纖維或晶須）作為增強體，這些增強體彌散分布在基體中，提高了合金的綜合力學性能，進而獲得性能優異的複合材料。主要制備方法有粉末冶金法、壓力浸滲法、攪拌鑄造法、薄膜冶金法和原位合成法等。同時，總結了制備Mg-Li基複合材料所用到的增強體類型和優缺點。
圖8 Al2Y粒子與基體界面的高分辨圖
【結語與展望】
綜述了合金強化、變形強化及複合強化3方面改善BCC結構Mg-Li合金強度低的研究進展，提出了存在的問題：①稀土元素密度較高，加入到合金中顯著影響密度而且生産成本高；②僅通過合金強化及變形強化方式會導緻成形性能差，達不到強度與塑性平衡；③使用一種強化方式（合金強化、變形強化或複合強化）對材料強度的提升達不到最大程度；④Mg-Li合金中外加增強體容易在基體中發生團聚、浮于表面以及與基體界面不潤濕等缺點，影響增強效果，甚至與基體發生界面反應，顯著降低強度。
将來可以從以下方面考慮提高超輕BCC結構Mg-Li合金強度：細化晶粒，開發出可以快速冷卻的工藝；外加或原位生成石墨烯，由于石墨烯密度低，滿足超輕需求，而且具有極好的力學性能，可以有效地提高強度，但需要解決與基體的界面問題；開發出獲得均勻分布呈納米尺寸析出相，這需要探索新材料體系和新工藝。未來研發的重點是在實作超輕高強的BCC結構Mg-Li合金基礎上，提高塑性、耐腐蝕性以及簡化生産工序（開發出易大規模生産且成本較低的工藝），使其綜合力學性能不斷得到提升，進而在工程領域、生物領域以及航天領域得到更廣泛的應用。