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(lán)色分別代表鎂、鋰和鋁含量較高的區(qū)域。富鋁區(qū)和富鋰區(qū)增加了鎂合金強(qiáng)度。富鋰區(qū)較易形成氧化鋰表面薄膜，進(jìn)而形成碳酸鋰保護(hù)膜。樣品經(jīng)擠壓成型、熱處理、水淬、冷軋等形成。

　　使用低密度材料來(lái)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(yōu)點(diǎn)。例如，將汽車(chē)結(jié)構(gòu)組件的材料由碳鋼改為鎂合金、鋁合金或是聚合物基復(fù)合材料。但是，受力學(xué)性能和耐腐蝕能力的限制，鎂合金在汽車(chē)和航空航天工業(yè)的應(yīng)用并不廣泛。相反，鎂合金往往用于運(yùn)動(dòng)器械(如高爾夫球桿、自行車(chē)配件)和個(gè)人電子設(shè)備(如手機(jī)、筆記本電腦)。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性、強(qiáng)度和成型性能成為推廣鎂合金應(yīng)用的首要任務(wù)。

　　盡管材料的選擇需要衡量諸多因素：價(jià)格、耐用性、可靠性、便于批量生產(chǎn)。但這些性質(zhì)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(qiáng)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(qiáng)度、剛度、延展性和耐腐蝕性在原有基礎(chǔ)上均有提高。

　　改良的關(guān)鍵在于，向鎂合金中加入原子數(shù)百分含量約為30%的鋰。新型鎂合金的密度為1.4g/cm2，比傳統(tǒng)的鎂合金輕22%。新型鎂合金的結(jié)構(gòu)為體心立方，而傳統(tǒng)鎂合金為六方密堆。體心立方中的原子發(fā)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(guò)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(yīng)力，但不減少其硬度。研究人員通過(guò)控制富鋁區(qū)和富鋰區(qū)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一突破。

　　鎂合金的耐腐蝕性尤為重要。鎂和鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，甚至能與水發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)適當(dāng)?shù)臒峄瘜W(xué)處理，研究人員將含鋰鎂合金發(fā)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(xué)環(huán)境，保護(hù)合金。盡管鎂并不能自發(fā)形成類(lèi)似的保護(hù)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(qū)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?；蚪饘冁I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(zhì)中異種金屬接觸處的局部腐蝕現(xiàn)象。要想讓鎂合金在交通運(yùn)輸、建筑行業(yè)中廣泛應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，研究人員還開(kāi)發(fā)出一種多層防護(hù)涂料，該涂料經(jīng)化學(xué)浴浸泡而形成，將起到暫時(shí)性防腐保護(hù)的作用，類(lèi)似于汽車(chē)的防刮玻璃。

　　圖2：新型鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。合金的延展性得益于金屬基體的體心立方結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度得益于富鋁區(qū)和富鋰區(qū)中納米結(jié)構(gòu)的形成和冷淬過(guò)程中的高位錯(cuò)密度。碳酸鋰表面薄膜增強(qiáng)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(yùn)輸材料。他們相信，在不久的將來(lái)，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(zhì)，在最大程度上發(fā)揮其應(yīng)用。