Znanje - Sanxin

Ultralagana magnezij-litijeva legura idealan je materijal za zrakoplovnu i elektroničku opremu, ali njezina niska čvrstoća i nestabilne performanse oduvijek su ograničavale njezinu primjenu. Najnovija istraživanja otkrila su da se preciznim dodavanjem tragova kalcija može istovremeno poboljšati čvrstoća i plastičnost magnezij-litijeve legure, pri čemu se granica razvlačenja povećava za više od 10%, a istezanje prelazi 21%!

 

Magnezij-litijeva legura, kao najlakši metalni konstrukcijski materijal, ima gustoću od samo 1.35–1.65 g/cm³, što je lakše od uobičajenih magnezijevih legura. Ima izuzetno visoku specifičnu čvrstoću i krutost, kao i izvrsna svojstva prigušenja i elektromagnetskog oklopa, što je čini idealnim izborom za lagane primjene u zrakoplovstvu, željezničkom prometu i 3C elektroničkim proizvodima. Međutim, magnezij-litijeve legure pate od niske apsolutne čvrstoće, slabe otpornosti na toplinu i ispodprosječne otpornosti na koroziju, što ozbiljno ograničava njihovu inženjersku primjenu.

 

Legiranje je učinkovit način poboljšanja performansi magnezijevo-litijevih legura. Aluminij (Al) može značajno ojačati magnezijeve legure, ali ima tendenciju stvaranja nestabilne MgLi₂Al faze, što dovodi do nestabilne mikrostrukture i svojstava. Kalcij (Ca) može pročistiti zrna i stvoriti faze ojačavanja, dok cirkonij (Zr) i skandij (Sc) također imaju sposobnost pročišćavanja zrna i poticanja taloženja. Ipak, kako sinergijski kontrolirati mikrostrukturu i mehanička svojstva magnezijevo-litijevih legura putem višeelementnog mikrolegiranja ostaje aktualno istraživačko područje i izazov.

 

Legure Mg-5Li-1Al-xCa-0.25Zr-0.01Sc (x=0, 0.25, 0.5) pripremljene su uobičajenim gravitacijskim lijevanjem. Mikrostruktura je analizirana optičkim mikroskopom, skenirajućim elektronskim mikroskopom, energetski disperzivnim spektrometrom i transmisijskim elektronskim mikroskopom. Mehanička svojstva procijenjena su vlačnim ispitivanjem na sobnoj temperaturi. Sustavno je istražen utjecaj sadržaja Ca na mikrostrukturu i svojstva legura.

 

Mikrostruktura: Ca regulira morfologiju i distribuciju istaloženih faza

Bez dodatka Ca, u leguri se formira veliki broj diskontinuiranih eutektičkih klastera AlLi i intragranularnih diskretnih istaloženih faza. Nakon dodatka 0.25% Ca, čestice AlLi se otapaju, formirajući jednolične klastere otopljene tvari i sferne čestice strukture jezgre i ljuske [s Al₃(Sc,Zr) kao jezgrom i AlLi kao ljuskom], dok se stvaraju fine čestice (Mg,Al)₂Ca, što značajno pročišćava zrna. Međutim, kada se doda 0.5% Ca, unutar zrna se pojavljuju visoke gustoće, paralelno raspoređene igličaste kontinuirane istaložene faze AlLi, što lako može dovesti do koplanarnog klizanja tijekom deformacije i ne pogoduje plastičnosti.

Slika 1 OM slika legure Mg-5Li-1Al-xCa-0.25Zr-0.01Sc ----------------------------------

 

SEM slike i EDS analiza 23 vrste legura na slici 2 ----------------------------

Slika 3 TEM slika i odgovarajući SAED uzorak legure Mg-5Li-1Al-0.5Ca-0.25Zr-0.01Sc ------------------------

 

 

2. Mehanička svojstva: 0.25% Ca postiže sinergističko poboljšanje čvrstoće i plastičnosti

Slitina s dodatkom 0.25% Ca pokazuje najbolja sveobuhvatna mehanička svojstva: granicu razvlačenja od 99.2 MPa, vlačnu čvrstoću od 210.4 MPa i istezanje od 21%, što je 10.7%, 4.9% i 10.5% više od legure bez dodatka Ca. Međutim, slitina s dodatkom 0.5% Ca pokazuje značajno smanjenje plastičnosti i čvrstoće zbog planarnog klizanja uzrokovanog igličastom fazom AlLi. Sve slitine pokazuju nazubljene karakteristike tečenja (PLC efekt), što se pripisuje efektu zapinjanja otopljenih atoma na dislokacije.

​​​​​​​

Slika 4 Krivulje vlačnog naprezanja i deformacije i morfologije loma legura Mg-5Li-1Al-xCa-0.25Zr-0.01Sc (x = 0, 0.25, 0.50, maseni udio %) ---------------------------------

 

【Glavni zaključci】

Dodatak tragova Zr/Sc može izazvati stvaranje AlLi precipitata u Mg-5Li-1Al leguri;

Dodatak od 0.25% Ca može pročistiti zrna, potaknuti ponovno otapanje i jednoliko taloženje AlLi te formirati čestice strukture jezgre i ljuske i fazu (Mg,Al)₂Ca;

Dodatak od 0.5% Ca dovodi do taloženja igličaste faze AlLi visoke gustoće, što uzrokuje koplanarno klizanje i smanjuje plastičnost;

Legura s dodatkom 0.25% Ca ima najbolja sveobuhvatna mehanička svojstva, uz istovremeno poboljšanje čvrstoće i plastičnosti.