鎂鋰合金

鎂鋰合金

鋰(Li)為一種銀白色的輕金屬徠;熔點為180°C,沸點1342°C,密度0.53g/cm3,硬度0.6。金屬鋰可溶於液氨。鎂是六方密排晶體,在鎂中加入鋰形成鎂鋰合金后,是四方晶體。

概述


鎂鋰合金(magnesium-lithium alloy )它是目前結構金屬材料中密度最低者,在鎂金屬中添加鋰元素,一般含鋰14-16 %,其比重介於1.4-1.6,較一般鎂合金的1.8更低,比塑料密度略高,強度220~340MPa,彈性模量40GPa。阻尼大,是鋁合金的十幾倍,也就是能吸收衝擊能量,減震降噪效果好。在屏蔽電磁干擾方面,鎂鋰合金也有突出表現。
鎂鋰合金材料除超輕外,最大特色為可常溫塑性加工成型,如軋延、衝壓等技術大量生產,也可鑄造成型和半固態注塑成型

發展


中國汽車工業和3C等行業的轉型升級及其中國經濟地位的顯著提升,鎂鋰合金行業令市場看好。其中,汽車行業的輕量化,環保化需求,尤其是新能源汽車的發展,以及鎂鋰合金研發技術和回收利用技術的不斷進步,對促使鎂鋰合金的廣泛應用將是利好消息。
鎂鋰合金在醫藥化工和航空航天工業領域的應用也將得到成長。由於下游終端汽車消費市場的穩步增長,年均複合增長率(CAGR)為20%-25%(其中包含了交通工具、3C、航空航天和醫藥化工領域鎂鋰合金的應用)。
此外,作為有色金屬合金行業的子行業,鎂鋰合金行業在中國製造工業的的升級過程中得到實惠。作為資金、材料密集型行業,原材料價格的穩定和較低水平、鑄造件行業的整合集中、技術研發的進步等都將較為有利於鎂鋰合金行業的發展,市場較為看好。

產品


鎂鋰合金早在1960年代,美國NASA即開發應用於航天工業零件上,然因鋰價昂且耐蝕性,使Mg-Li合金髮展停滯。近幾年來,因熔煉與表面處理技術精進,大批量使用,使Mg-Li合金再受矚目。
在美國、日本、德國、俄羅斯等國都有商業鎂鋰合金系,而在中國則沒有相應的合金系。我國對Mg-Li合金的研究還處於起步階段,中鋁鄭州研究院在2010年成功研製超輕鎂鋰合金,領頭中國鎂鋰合金髮展。
徠變形鎂鋰合金產品形態有箔、板、管、棒、型材等,可薄至0.06mm壁厚。鑄造鎂鋰合金有各種尺寸的鑄錠。
牌號有LA141(Mg85-Li14-Al1)、LA91、LZ91、LAZ933 (Mg85-Li9-A3-Zn3)、LAZ931 (Mg85-Li9-A3-Zn1) 、MA18、MA21

應用


鎂鋰合金是世界上最輕的金屬結構材料,具有良好的導熱、導電、延展性,在航空航天、國防軍工等領域有著廣泛的應用。隨著當今世界對結構材料輕量化、減重節能、環保以及可持續發展的要求日益提高,鎂鋰合金在需要輕量化結構材料的交通、電子、醫療產品等領域也展現出廣闊的應用前景。
音響振膜(高阻尼係數~0.01,頂級音響必備材料);
航天零件和特殊軍工材料(遙控飛機上下側板、導彈、衛星等);
運動器材(自行車、羽球拍);
高端3C產品結構件(筆記本外殼、平板電腦外殼、PDA、GPS、DV、DC等)。

優勢


鎂鋰合金是密度最小的合金材料,密度一般為1.35-1.65(當鋰的含量為6.9%時,鎂鋰合金密度為1.57g/cm3,當鋰的含量為13.0%時,鎂鋰合金的密度為1.42g/cm3,當鋰含量大於31%后,鎂鋰合金的密度將小於1g/cm3,此時鎂鋰合金能夠浮於水面上),比普通鎂合金輕1/4-1/3,比鋁合金輕1/3-1/2,,被稱為超輕合金。鎂鋰合金具有高的比強度比剛度(從材料剛性來看,若普通鋼的剛性為1,則鈦的剛性為2.9,鋁的剛性為8.19,鎂的剛性為18.9,鎂鋰合金的剛性為22.68)和優良的抗震性能以及抗高能粒子穿透能力,而且其密度遠遠小於新型航空用材鋁鋰合金的密度,是航空、航天、兵器工業、核工業、汽車、3C產業、醫療器械等領域最理想並有著巨大發展潛力的結構材料之一。
鎂鋰合金除了具有一般鎂合金的性質之外,其獨有的特性可以歸結為以下幾點:
(l)由於鋰是最輕的金屬元素(密度僅為0.53g/cm3),因此鎂鋰合金比一般鎂合金的密度要輕得多(密度通常小於1.6g/ cm3);
(2)在鎂鋰二元合金中,當Li%<5.7wt.%時,合金為單相a組織(Li在Mg中的固溶體);當Li%>l0.3wt.%時,合金為單相β組織(Mg在Li中的固溶體);當5.7wt.%
(3)在一般鎂合金中,由於鎂具有密排六方晶格,因此鎂合金的變形能力均較差。而在鎂鋰合金中,a相具有密排六方結構,β相具有體心立方結構。相對於密排六方晶格,體心立方晶格具有較多的滑移系,因此,在鎂鋰合金中,由於鋰元素的引入將提高合金的變形加工能力。
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