鎂鋰合金特殊性及其熔鑄加工工藝探析

嚴(yán)雄仲

摘 要：鎂鋰合金具有高比強(qiáng)度和高比彈性模量，其質(zhì)量非常輕，在應(yīng)用中具有良好的減震性能，并且焊接性能非常好，如今已經(jīng)引起了我國材料研究學(xué)者的高度重視。本次研究主要分析鎂鋰合金的晶體結(jié)構(gòu)和特殊性，完善鎂鋰合金的熔鑄和加工的工藝。

關(guān)鍵詞：鎂鋰合金；特殊性；熔鑄加工；工藝

在相關(guān)的研究中，充分的分析鎂鋰合金的焊縫強(qiáng)度非常大，高達(dá)集體金屬強(qiáng)度的90%。而且鎂鋰合金在加工完成后，其密度比較小，即使是在低溫的環(huán)境下，其強(qiáng)度也非常大，而且具備較大的斷裂性能。鎂和鋰都是活性比較大的金屬，在熔鑄的過程中如果產(chǎn)生了氧化的問題，就會(huì)導(dǎo)致夾渣的問題，其純度就會(huì)比較低，降低了金屬的使用年限。因此，完善鎂鋰合金的熔鑄加工水平，通過完善相關(guān)的工藝，提高金屬的使用壽命。

1 鎂鋰合金的晶體結(jié)構(gòu)和特殊性

鎂鋰合金具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，鎂原子的原子序數(shù)是12，其會(huì)構(gòu)成六邊形的晶體結(jié)構(gòu)，所以，鎂原子的熔點(diǎn)會(huì)非常高，最高可以達(dá)到700攝氏度，鎂鋰合金中，鋰元素的質(zhì)量非常小，其晶體結(jié)構(gòu)是立方形，但是其熔點(diǎn)不是特別高，最大的熔點(diǎn)不超過200攝氏度。因此，鎂鋰合金是將鎂元素和鋰元素結(jié)合而形成的兩相組織。

在合金元素中如果包含鎂元素和鋰元素，這種合金與其他成分構(gòu)成的合金相比，優(yōu)勢非常的明顯，其一，其密度比其他的合金小，但是強(qiáng)度比其他的合金大，而且其剛度性能非常的完善，并且可以完善合金的導(dǎo)電和導(dǎo)熱的性能。其二，變形溫度對鎂鋰合金產(chǎn)生的影響非常大，會(huì)導(dǎo)致鎂鋰合金的滑移和塑性變形。在不同的溫度下，鎂鋰合金的滑移模式會(huì)發(fā)生一定的變化，滑移系也會(huì)發(fā)生變化。變形溫度也會(huì)導(dǎo)致鎂鋰合金的塑性變形能力發(fā)生變化，其是多相合金。

2 熔鑄加工鎂鋰合金應(yīng)該注意的問題

如今，航天和航空事業(yè)正在不斷的完善和發(fā)展，鎂鋰合金產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用，各行各業(yè)對鎂鋰合金的質(zhì)量提出了更高的要求。尤其是近年來，航空航天公司一般都需要強(qiáng)度非常大的材料，從而促進(jìn)了鎂鋰合金熔鑄加工工藝的完善。但是，與其他的合金加工相比，鎂鋰合金的加工還是存在一定的難度。

2.1 鎂鋰合金的溶體不能得到較好的保護(hù)

在鎂鋰合金熔鑄加工的環(huán)節(jié)中，鎂元素和鋰元素都很容易產(chǎn)生氧化反應(yīng)，這時(shí)鎂鋰合金會(huì)出現(xiàn)燒損的問題。

2.2 熔鑄加工鎂鋰合金時(shí)材料選擇存在難度

在進(jìn)行鎂鋰合金加工的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該選擇合適的爐襯材料，如果爐襯材料的質(zhì)量非常好，在鋰元素反應(yīng)的過程中就不會(huì)產(chǎn)生大量的雜質(zhì)，通過置換反應(yīng)，也能將雜質(zhì)及時(shí)的置換出來，使合金的純度不斷的提升。尤其是在進(jìn)行熔鑄加工的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該選擇合適的耐火材料。

2.3 鎂鋰合金內(nèi)部含有的氫含量不容易得到控制

在一般情況下，鎂鋰合金中的氫元素的含量要比其他的合金高。所以，在對鎂鋰合金進(jìn)行熔鑄加工的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該合理的選擇覆蓋劑，可以選用氟化鈣作為覆蓋劑。在鎂鋰合金的熔煉之前，應(yīng)該確保熔煉工具的清潔和干燥，防止有異物干擾熔煉。鎂鋰合金熔鑄的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該明確溶體攪拌的時(shí)間，一般情況下，如果鋰罩的位置不超過溶體下的三分之二，應(yīng)該選擇垂直攪拌的方式，攪拌時(shí)間一般控制在3-5分鐘。

3 熔鑄加工鎂鋰合金的具體操作

3.1 熔鑄加工鎂鋰合金要準(zhǔn)備的材料

設(shè)備一般是采用井式電阻爐。材料主要有三種類型，其一是合金爐料，其二是溶劑爐料，其三是輔助性的材料。合金的爐料可以將鎂塊和鋰塊區(qū)分，而且的配比應(yīng)該控制在85：14，采用清潔的鋁箔包裹。溶劑爐料主要包括洗滌劑、溶劑和覆蓋劑等。洗滌劑主要是由無水氯化鋁和無水氟化鋰構(gòu)成，二者的比例是2：1，將兩種溶劑混合起來，攪拌均勻，然后制備一定的量，確保其可以達(dá)到金屬熔體比例的30%。在溶劑的配置環(huán)節(jié)中，應(yīng)該將無水氯化鋰和無水氟化鋰混合，二者的配比一般是3：1，進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的烘干，確保其質(zhì)量是金屬熔體的10%。在覆蓋劑的配置環(huán)節(jié)中，將無水氯化鋰、無水氟化鋰和無水氟化鈣混合，三者的比例是3：1：3，進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的烘干，確保其質(zhì)量是金屬熔體的3-5%。固溶處理時(shí)，溫度的選擇主要取決于合金成分，通常在673--773K之間，以使第二相充分溶解而晶粒又不至于過分長大為佳。固溶時(shí)間一般為1Ow-4h左右。但是當(dāng)Zn含量超過2%（質(zhì)量）時(shí)，凝固時(shí)有熱傾向，因此要嚴(yán)格控制其含量。

3.2 操作力學(xué)性能測試

在對鎂元素和鋰元素的特殊性分析的基礎(chǔ)上，因該完善熔鑄加工的材料，對鎂元素和鋰元素進(jìn)行硬度的測試，完善其拉伸強(qiáng)度的測試，對其金相進(jìn)行測試，完善光學(xué)金檢測。

3.3 熔鑄加工鎂鋰合金的實(shí)驗(yàn)操作

通過熔鑄加工的方式得到高質(zhì)量的鎂鋰合金和相關(guān)的鑄件，在加工的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該有效的防止氧化問題的產(chǎn)生，防止在合金的表面出現(xiàn)不平整的氣孔的問題，防止有雜物出現(xiàn)。在熔鑄加工的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該對鎂鋰合金進(jìn)行加工，從而獲得高質(zhì)量的鎂鋰合金和鑄件，應(yīng)該完善相關(guān)組織的性能。當(dāng)合金中Mn含量為1.5（質(zhì)量）時(shí)可獲得最佳耐蝕性、但過量的Mn反而造成耐蝕和塑性下降。

應(yīng)該采用砂紙對純鎂錠、鋼材質(zhì)的器皿的內(nèi)部進(jìn)行打磨，并且完善對鋼材質(zhì)鑄型和鋰罩進(jìn)行打磨，確保其表面的平整和光滑，防止表面過于粗糙，也防止表面產(chǎn)生較大的磁性，有效的避免熔鑄加工的環(huán)節(jié)中會(huì)有大量的雜質(zhì)被吸附。然后采用冷水清洗的方式，對鎂錠進(jìn)行清洗，將表面的義務(wù)及時(shí)的清除，防止在熔鑄加工的環(huán)節(jié)中由于雜質(zhì)的產(chǎn)生導(dǎo)致加工質(zhì)量不高。

在對熔鑄器皿選擇的過程中，其規(guī)格要合適，將其加熱到一定的溫度后，將洗滌劑直接導(dǎo)入器皿中，確保其在器皿的底部發(fā)揮作用。在洗滌劑在高溫的條件下溶化后，對整個(gè)器皿的內(nèi)腔進(jìn)行清洗。在洗滌完成后，將洗滌液清除，對器皿進(jìn)一步的加溫。

在高溫條件下實(shí)現(xiàn)溶劑的烘干處理，然后采用導(dǎo)氣管和氣罩通氣的方式，將干凈的氬氣注入其中。在溶劑全部發(fā)揮作用后，將容器的表面清洗干凈，再容器烘干后，將鎂錠放入其中。對鎂錠進(jìn)行加溫的處理，確保其完全的熔化。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，要確保器皿的溫度達(dá)到要求。

當(dāng)鎂錠已經(jīng)熔化后，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的降溫處理，確保其溫度保持在合適的范圍，然后加鋰罩，將已經(jīng)采用鋁箔包裝好的純鋰錠分批次加入到鋰罩中，在其熔化后，對鋰錠繼續(xù)進(jìn)行加溫處理，確保其完全的熔化。

將覆蓋劑加入到熔體中，確保其在鋰罩溶液的三分之二以下，采用垂直攪拌的方式，3-5分鐘結(jié)束。

對溶體繼續(xù)進(jìn)行加溫處理，確保溫度高達(dá)1003k。然后，確保在這個(gè)問題下，溶體靜置半個(gè)小時(shí)，確保有適量的氬氣注入其中。

采用合適的冷卻的方式，將溶體的溫度降低到923k，然后加熱鋼制鑄件，使其溫度控制在573k。然后將表面的雜質(zhì)清除，向鑄件內(nèi)加入溶體，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，也要不間斷的加入氬氣。如果因?yàn)闇囟冗^高，導(dǎo)致了著火的問題，這時(shí)應(yīng)該采用硫磺粉滅火，以免火勢蔓延。在沒有進(jìn)行固溶處理時(shí)，鎂鋰合金的鑄造硬度一般是85HB左右，在固溶的過程中，其溫度會(huì)不斷的升高，剛開始，鎂鋰合金的硬度會(huì)下降，隨后，在473K的溫度下進(jìn)行固溶處理，合金的硬度會(huì)逐步的提升。隨后，固溶的溫度會(huì)越來越高，鎂鋰合金的溫度會(huì)進(jìn)一步提升，在573K溫度下，固溶處理后，鎂鋰合金的硬度可以達(dá)到88.9HB。

將鎂砂坑烘干，將澆筑的過程中剩下的殘?jiān)腿芤旱钩觯乐箽堅(jiān)腿芤簩?dǎo)致周圍的環(huán)境污染。

4 結(jié)語

如今，鎂鋰合金的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸的廣泛，其在制造各類裝備的過程中，其質(zhì)量非常小，發(fā)揮的效果突出，在很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始使用。其在電子和汽車工業(yè)中也能得到廣泛的應(yīng)用，汽車的制造中如果采用鎂鋰合金，汽車的重量可以減輕20-25%。鎂鋰合金的擠壓件可以在汽車承載件、如座駕、窗框等方面使用。其截面面積非常小，可以減輕設(shè)備的自重。鎂鋰合金的密度非常小，而且其電磁屏蔽性能非常好，非常適合在便攜式的電子電器通訊中使用，而且除了壓鑄的鎂鋰合金外，變形鎂鋰合金也是今后的發(fā)展趨勢。鎂鋰合金在不同溫度下固溶，其基體強(qiáng)化機(jī)制隨溫度升高由彌散強(qiáng)化逐漸轉(zhuǎn)至固溶強(qiáng)化，并在500K左右達(dá)到塑性最大值；這種新的熔煉工藝制作出的鎂鋰合金通過不同溫度軋制，可以生產(chǎn)出最大伸長率超過40%，最大抗拉強(qiáng)度達(dá)355MPa的2mm板材。

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