【引用格式】
陈小亮，杨波，顾亦诚，等. 超轻体心立方（BCC）结构镁锂合金强化研究进展［J］. 特种铸造及有色合金，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.
导读
Mg-Li合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的成形性等优异性能，在航空航天、电子通讯等领域有着广阔的应用前景。当Li加入量大于10.3%（质量分数）时，Mg-Li合金呈单相体心立方（BCC）结构，是目前最轻的低密度金属结构材料之一，但由于Li含量较高，强度低，限制了其在工程领域的应用。综述了国内外BCC结构Mg-Li合金强化方法和强化机理的研究进展，重点论述了纳米析出相强化后合金成形性低的问题，最后指出了目前存在的问题并对发展方向进行展望。
【研究背景】
Mg是密排六方（hcp）结构，滑移系少，切削加工性能差，限制了其应用范围。在Mg中加入Li形成Mg-Li合金，降低了镁晶体的临界剪切应力和c/a轴比，增加了滑移系，提高了延展性，具有良好的可加工性能。Mg-Li合金的密度仅为铝合金的1/2，传统镁合金的3/4，称为超轻合金。由于其轻量化、高比强度和比刚度、良好的电磁屏蔽性能和阻尼特性以及优异的切削加工性能等特点，在军事、航空航天以及3C产品等领域具有广阔的应用前景。
根据Li含量（质量分数）和晶体结构的不同，Mg-Li合金可分为3种类型：①Li含量小于5.7%，由α-Mg单相（Li在Mg中的固溶体）组成，具有六方密排结构。少量Li的添加，降低了镁合金的临界剪切应力和c/a轴比，增加了非基面滑移（柱面或锥面滑移），进一步提高了室温延展性，但合金仍然为hcp结构，滑移系相对较少，表现出强度高、塑形低的特点；②Li含量在5.7%~10.3%之间，由α-Mg和β-Li双相组织组成，其中β-Li相为具有BCC结构的Li-Mg固溶体，两相的共存既有α-Mg相的中等强度又有β-Li相优异的延展性，因此备受关注；③Li含量大于10.3%，基体相完全为β-Li相（Mg在Li中的固溶体）。合金仅有单一的BCC结构，滑移系较多，从而提高了成形性并降低了织构各向异性 ，但强度较低。
【研究亮点】
大量研究表明，BCC结构Mg-Li合金不仅降低了密度而且提高了塑性变形能力，但在一定程度上牺牲了强度，不满足对高强的需求。铸态、热处理及塑性变形下合金的强度都很难超过250 MPa，提高其强度十分重要，在高Li含量的基础上，强化Mg-Li合金强度，优化其力学性能，可以实现超低密度与高强度的良好结合。然而，BCC结构Mg-Li合金还存在高温稳定性差以及易腐蚀等缺点。目前，主要的改善方法是合金化、细晶强化、形变强化、固溶强化和复合强化。
安徽工业大学、华孚科技股份有限公司联合研究团队在2024年第44卷第4期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“超轻体心立方（BCC）结构镁锂合金强化研究进展”的文章，作者基于BCC结构Mg-Li合金在强度方面的不足，综述国内外提高其强度的相关研究，从合金化、变形强化和复合强化3个方面进行叙述，最后指出其存在的问题及发展方向，旨在为制备超轻高强的Mg-Li合金提供参考。
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【图文解析】
围绕合金元素添加、析出强化以及晶界处析出相的影响等方面介绍了超轻体心立方（BCC）结构镁锂合金强化研究进展。具体内容包括近年来国内外BCC结构Mg-Li合金的力学性能、合金化元素在BCC结构Mg-Li合金中的固溶度、部分合金元素在BCC结构Mg-Li合金中的强化效果、添加合金化元素后通过热处理可以使基体中生成均匀分布的纳米尺寸析出相，显著提高合金强度，并对BCC结构Mg-Li合金化及合金化后热处理过程中，析出相使基体强度提高、塑性下降进行了分析。此外，还介绍了在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、良好的热稳定性、高耐腐蚀性和小摩擦因数的二十面体准晶相（I相）的相关内容。
图1 D03-Mg3Al粒子在LA113合金中析出的TEM图像（亮白色箭头为超晶格衍射点；白色箭头为棒状白色沉淀物）
图2 S-LZ116合金的TEM图
图3 铸态Mg-14Li-xAl-yY 合金的拉伸应力-应变曲线
图4 铸态LAZx32-0.5Y合金断口形貌
图5 BCC结构Mg-11Li-3Al合金晶界的示意图
图6 Mg-14Li-6Zn-1Y合金背散射电子（BSE）图像
变形强化在超轻体心立方（BCC）结构镁锂合金强化中的作用。通过研究不同合金在塑性变形后强度和塑性的变化，以及析出相和晶粒细化的机制，探讨了强化机制。同时，还研究了不同轧制工艺对镁锂合金微观组织和力学性能的影响，并分析了强化机制。
图7 Mg-16Li-4Zn-1Er合金经不同压下量下室温轧制和冷轧制的力学性能曲线
复合强化在Mg-Li合金中加入硬质陶瓷或其他材料（颗粒、纤维或晶须）作为增强体，这些增强体弥散分布在基体中，提高了合金的综合力学性能，从而获得性能优异的复合材料。主要制备方法有粉末冶金法、压力浸渗法、搅拌铸造法、薄膜冶金法和原位合成法等。同时，总结了制备Mg-Li基复合材料所用到的增强体类型和优缺点。
图8 Al2Y粒子与基体界面的高分辨图
【结语与展望】
综述了合金强化、变形强化及复合强化3方面改善BCC结构Mg-Li合金强度低的研究进展，提出了存在的问题：①稀土元素密度较高，加入到合金中显著影响密度而且生产成本高；②仅通过合金强化及变形强化方式会导致成形性能差，达不到强度与塑性平衡；③使用一种强化方式（合金强化、变形强化或复合强化）对材料强度的提升达不到最大程度；④Mg-Li合金中外加增强体容易在基体中发生团聚、浮于表面以及与基体界面不润湿等缺点，影响增强效果，甚至与基体发生界面反应，显著降低强度。
将来可以从以下方面考虑提高超轻BCC结构Mg-Li合金强度：细化晶粒，开发出可以快速冷却的工艺；外加或原位生成石墨烯，由于石墨烯密度低，满足超轻需求，而且具有极好的力学性能，可以有效地提高强度，但需要解决与基体的界面问题；开发出获得均匀分布呈纳米尺寸析出相，这需要探索新材料体系和新工艺。未来研发的重点是在实现超轻高强的BCC结构Mg-Li合金基础上，提高塑性、耐腐蚀性以及简化生产工序（开发出易大规模生产且成本较低的工艺），使其综合力学性能不断得到提升，进而在工程领域、生物领域以及航天领域得到更广泛的应用。