圖1 一體積為40×40×70nm3的含鋰鎂合金的原子重排，由原子探針斷層掃描得到。綠色、紫色和淺藍色分別代表鎂、鋰和鋁含量較高的區域。富鋁區和富鋰區增加了鎂合金強度。富鋰區較易形成氧化鋰表面薄膜，進而形成碳酸鋰保護膜。樣品經擠壓成型、熱處理、水淬、冷軋等形成

    使用低密度材料來制造交通工具，具有提高燃料效率和減少有害氣體排放的優點。例如，將汽車結構組件的材料由碳鋼改為鎂合金、鋁合金或是聚合物基復合材料。但是，受力學性能和耐腐蝕能力的限制，鎂合金在汽車和航空航天工業的應用并不廣泛。相反，鎂合金往往用于運動器械（如高爾夫球桿、自行車配件）和個人電子設備（如手機、筆記本電腦）。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性、強度和成型性能成為推廣鎂合金應用的首要任務。

    盡管材料的選擇需要衡量諸多因素：價格、耐用性、可靠性、便于批量生產。但這些性質往往不能兼得，例如：提高鎂合金的耐腐蝕性往往意味著降低其強度。但是，最近《自然》雜志上就刊登了這樣一種改良鎂合金，其強度、剛度、延展性和耐腐蝕性在原有基礎上均有提高。

    改良的關鍵在于，向鎂合金中加入原子數百分含量約為30%的鋰。新型鎂合金的密度為1.4g/cm2，比傳統的鎂合金輕22%。新型鎂合金的結構為體心立方，而傳統鎂合金為六方密堆。體心立方中的原子發生滑移的可能性更大，從而提高了材料的延展性。研究人員通過擠壓成型、熱處理、水淬、冷軋等工序制備出低密度含鋰鎂合金。冷軋工藝提高了鎂合金失效應力，但不減少其硬度。研究人員通過控制富鋁區和富鋰區的結構實現這一突破。

    鎂合金的耐腐蝕性尤為重要。鎂和鋰的化學性質活潑，甚至能與水發生反應。通過適當的熱化學處理，研究人員將含鋰鎂合金發生腐蝕概率降到最低。眾所周知，不銹鋼上易形成氧化鉻薄膜、鋁合金上易形成氧化鋁薄膜，從而阻隔外界化學環境，保護合金。盡管鎂并不能自發形成類似的保護膜。但是，鋰和空氣中的二氧化碳化合將形成碳酸鋰薄膜。而合金中分布的富鋰區將有助于碳酸鋰薄膜的形成。另一方面，由于合金中不存在粗相晶粒或金屬鍵化合物，電偶腐蝕的概率大大提高。

    電偶腐蝕是指由于腐蝕電位不同，造成同一介質中異種金屬接觸處的局部腐蝕現象。要想讓鎂合金在交通運輸、建筑行業中廣泛應用，就必須降低其受到電偶腐蝕的可能性，僅靠碳酸鋰薄膜是遠遠不夠的。因此，研究人員還開發出一種多層防護涂料，該涂料經化學浴浸泡而形成，將起到暫時性防腐保護的作用，類似于汽車的防刮玻璃。

    圖2 新型鎂合金的微觀結構示意圖。合金的延展性得益于金屬基體的體心立方結構，其強度得益于富鋁區和富鋰區中納米結構的形成和冷淬過程中的高位錯密度。碳酸鋰表面薄膜增強了合金的耐腐蝕性

    研究人員仍在努力探索，致力于尋找出符合要求的輕型交通運輸材料。他們相信，在不久的將來，高性能的含鋰鎂合金將廣為人知。研究人員也將更深入地理解、控制鎂合金的性質，在最大程度上發揮其應用。

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責任編輯：龐雪潔

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