无电解镀镍 超轻镁锂合金：密度低、性能优，应用前景广阔

无电解镀镍 超轻镁锂合金：密度低、性能优，应用前景广阔

1 超轻镁锂合金的特性及性能优势

镁锂合金是目前世界上最轻的金属结构材料。由镁和锂制成的合金的密度一般为1.35g/cm3~1.65g/cm3，比普通镁合金轻，比铝合金轻[1]。根据镁锂合金的二元相图可以看出，当锂含量为0~5.7%时，镁锂合金为镁基α相。当锂含量为5.7%~10.3%时，镁锂合金的晶体结构变为α+β相。当锂含量大于10.3%时，转变为锂基β相[2]。

与钢、铝合金、工程塑料、碳纤维复合材料相比，镁锂合金不仅在比强度和比刚度方面具有明显的优势，而且在减震、电磁屏蔽、焊接性等方面具有优异的综合性能。

1.1 超轻、高比强度、高比模量

表1列出了两类镁锂合金和常用的镁合金、铝合金和工程塑料的密度和力学性能。从表中可以看出，镁锂合金的密度低于常用的镁合金，镁合金是铝合金的1/2~3/5，是金属结构材料中密度最小的，与塑料相差不大;其比强度大于铝合金和塑料，与普通镁合金相当;与表中列出的材料相比，它具有最高的比模量。

1.2 优异的刚性

在相同重量条件下，镁锂合金的刚性可以达到钢的22倍;满足相同刚度所需的镁锂合金材料的重量仅为钢材料的1/3左右。

这

镁锂合金的超轻、高比强度、高比模量和优异的刚性，使该材料最具减重潜力。

表1 镁锂合金与其他结构材料的性能比较[3]

1.3 良好的导电性和导热性

表2列出了两种常用的镁锂合金和非金属材料（如塑料和碳纤维复合材料）的热导率和电阻率。从表中可以看出，与非金属轻质材料相比，镁锂合金的导电性和导热性具有很强的优势。其导热系数约为塑料的300~400倍，是碳纤维复合材料的30~50倍;导电率约为塑料的1016倍，碳纤维复合材料的104倍。

表2 镁锂合金与其他材料的导电系数和导热系数比较

1.4 出色的减震性能

表3显示了镁锂合金与其他材料的内摩擦系数的比较[4]。较大的内耗系数表明，当发生振动时，材料在金属内部可以消耗更多的能量，从而达到减震的效果，提高设备的可靠性，并起到降噪的作用。与其他金属材料相比，镁锂合金具有更高的内耗系数。使用镁锂合金制作设备的底座或支脚，可以有效减少其振动，提高设备的稳定性。

表3 几种材料的内摩擦系数比较

1.5 优异的电磁屏蔽性能

镁锂合金比其他镁合金具有更好的电磁屏蔽性能。用镁锂合金代替塑料制备便携式电脑、手机等设备的外壳，不仅可以提高设备的强度和抗冲击性，还可以充分发挥镁合金的电磁屏蔽功能，提高手机的通话质量，减少电磁波对人体的伤害。

1.6 可焊接、可连接，具有良好的机械加工和成型能力

镁锂合金可以与这种合金和其他镁合金采用TIG焊接、激光焊接、搅拌摩擦焊等技术进行焊接。其焊接为永久连接，具有连接牢固、结构稳定、可靠性高等特点，可减轻结构重量，简化加工装配过程。镁锂合金具有良好的机械加工和冷成型能力，可在室温下冲压成型，成品率达90%以上。

2 镁锂合金的表面处理

虽然镁锂合金在航空航天领域显示出巨大的应用潜力，但由于镁和锂的活性强，飞行器需要承受高低温交变、湿热、盐雾等极端气候的考验，镁锂合金的耐腐蚀性已成为制约其实际应用的关键因素之一。因此，必须采用表面保护技术进行处理。

目前的研究表明，镁锂合金的耐腐蚀性和耐磨性可以通过阳极氧化、微弧氧化、电泳和化学镀镍等表面处理工艺得到显著提高[5-6]。在镁锂合金的表面处理中已经做了大量的应用研究，表4列出了不同表面处理工艺的比较。镁锂合金样品经过表面处理后，可达到国军标和三防标准。

2.1 阳极氧化

阳极氧化处理是指在一定浓度的电解液中，通过电流在金属表面形成具有优良的结合强度、防腐性能、一定厚度和稳定性的氧化膜[7]。阳极氧具有良好的耐候性。此外，阳极氧化膜具有良好的热稳定性和隔热性能。

2.2 微弧氧化

微弧氧化是一种在轻金属表面原位生长陶瓷氧化膜的技术。使用更高的工作电压将工作区域从普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域。通过微弧氧化，可以在镁锂合金表面产生致密的陶瓷膜，对基体具有很强的附着力，尺寸变化小，并且耐磨损、耐腐蚀和抗热冲击。

2.3 电泳

电泳涂装是一种将电化学和高分子化学相结合的新技术。将零件浸入水溶性涂料中，通过电极将零件连接到外部直流电源，通过电化学反应将水溶性涂料均匀地沉积在被涂物表面。电泳涂装效率高（涂料利用率可达90-95%）;膜层厚度均匀，附着力强，涂布质量好。

表4 不同表面处理工艺的比较

2.4 化学镀镍

化学镀，又称化学镀或自催化电镀，是一种在合适的还原剂的帮助下，将镀液中的金属离子还原为金属，并在不带外加电流的情况下将其沉积在零件表面的电镀方法。化学镀适用于管状或复杂小零件的光亮镀镍，不需要抛光，可以提高零件的耐腐蚀性和耐磨性，增加光泽和美观。郭晓光等[8-9]研究了镁锂合金的化学镀镍工艺，工艺优化后镁锂合金的耐蚀性能大大提高。

3 镁锂合金的应用

鉴于镁锂合金独特的性能优势，在航空航天、武器装备、3C工业等对材料轻量化有迫切需求的民用领域具有巨大的应用空间。

3.1 航空航天领域

随着镁锂合金在力学性能和耐腐蚀性能方面的逐步提高，铝合金和其他镁合金等材料在未来可以逐渐被替代，从而减轻飞机的重量，促进航空航天工业的发展。

作为国内最早开展镁锂合金研发和生产的企业，对镁锂合金的工业化应用做了大量的研究，取得了一系列的工业化应用成果。其研发的超轻镁锂合金，解决了过去镁锂合金耐腐蚀性差，不能在飞机机舱外应用的问题，在国内成功应用于某一类型的军用飞机吊舱，与铝合金材料相比减轻了46%的重量。经过表面处理，通过了国军标和三防标准，使用寿命可达10年以上。这是这种世界上最轻的金属结构材料在国内首次应用于航空吊舱领域，为镁锂合金在航空领域恶劣环境下的大规模应用取得了重大突破[10]。

图1 镁锂合金航空光电吊舱

3.2 国防军工

相关研究表明，洲际导弹、运载火箭等装备的轻量化改进可以有效提高其效率。镁锂合金可用于替代铝合金、钛合金和铍合金，可获得20%~30%的减重效果。飞机减重后，具有更快的速度、更远的飞行距离、更高的精度和更低的成本，可以满足未来作战中远程投送、快速部署和机动作战的战术需求。

3.3 3C行业

镁锂合金具有优异的电磁屏蔽性能，因此使用镁锂合金制备3C产品零件不仅可以达到减重效果，还可以减少电磁干扰，使传输的数据更加真实准确。当用作外壳材料时，它还可以减少对人体的电磁伤害。

4 结束语

镁锂合金作为最轻的金属结构材料，在结构减重方面具有明显的优势，在航空航天等领域受到越来越多的关注。通过镁锂合金的表面处理，可以有效提高其耐腐蚀性能，从而满足其使用要求。目前，镁锂合金在航空航天、武器装备、3C等领域都有突破性的应用。随着近年来技术和制造工艺的深入研究以及进步，镁锂合金将在航空航天等领域得到更广泛的应用。

引用

[1] 张米林， F.M.Elkin.超轻镁锂合金[M].北京科学出版社，2010

[2]R.J.，P.D.Frost. 和 - [R] NASA SP-5068,1967

[3]王俊武，刘旭和，王飞超，肖扬.航空航天用高性能超轻镁锂合金[J].军民两用技术与产品，2013（6）：21-24

[4] 马春江， 张迪， 秦吉宁.Mg-Li-Al合金阻尼性能研究[J].材料工程，2001,216（5）：12？14

[5]Song，G.L.，&， of . ,1（1），11–33

[6] 在 和 的 . ,7（7），563-586

[7]宋广龄.北京：化学工业出版社，2006

[8]郭晓光，谢海涛，刘旭和，肖扬，赵洪亮.中国表面工程，2015,28（1）：69-75

[9]郭晓光，谢海涛，刘旭和，肖扬，姚伟.表面技术，2016,45（12）：43-49

[10] 超轻镁锂合金首次成功应用于航空吊舱[J].新材料工业，2017（8）：95