آلیاژهای آلومینیوم و لیتیم

آلیاژ های آلومینیوم و لیتیم(Al-Li) یک دسته از آلیاژ هستند که متشکل از آلومینیوم و لیتیم می باشند.در این آلیاژ ها معمولاً از مس و زیرکونیم هم استفاده می شود. از آنجایی که لیتیم کمترین چگالی در بین عناصر فلزی را دارد، این آلیاژ ها از خود فلز آلومینیوم چگالی کمتری دارند.آلیاژ های آلومینیم و لیتیم تجاری معمولاً حدود ۲٫۴۵ درصد وزنی لیتیم دارند.

ساختار کریستالی 
آلیاژ سازی با لیتیم به سه دلیل می تواند وزن را کم کند:

نابجایی 
یک اتم لیتیم سبک تر از یک اتم آلومینیوم است و هر اتم لیتیم می تواند جای اتم آلومینیم را در ساختار کریستالی بگیرد و شکل ساختار کریستال تقریباً ثابت بماند.هر یک درصد وزنی که لیتیم به آلومینیم اضافه می شود، به اندازه ی ۳ درصد چگالی آلیاژ کاهش پیدا می کند و ۵ درصد سفتی افزایش می یابد. این تاثیرات تا حد حلالیت لیتیم در آلومینیم یعنی ۴٫۲ درصد ادامه دارد.

کرنش سختی 
در اثر کرنش وارد شده به قطعه مرز دانه ها مانع حرکت نابجایی ها می شوند و این باعث افزایش استحکام می شود.

پیر سختی 
وقتی آلیاژ به درستی پیر سخت شده باشد، لیتیم یک فاز Al۳Li هم سیما با ساختار کریستالی ایجاد می کند.
این رسوب ها استحکام قطعه را با مانع شدن از حرکت نابجایی ها در حین تغییر شکل، افزایش می دهند. این رسوبات پایدار نیستند و باید دقت کرد که آلیاژ بیش از پیر سخت نشود چون یک فاز پایدار AlLi درست می شود. این پدیده باعث ایجاد نواحی خالی از رسوب می شود که معمولاً در مرز دانه ها رخ می دهد وباعث کاهش مقاوت به خوردگی قطعه می شوند.

ساختار کریستالی Al۳Li و Al-Li با اینکه هر دو وجوه‌مرکزپر FCC است ولی دارای تفاوت های بسیاری هستند.Al۳Li از نظر اندازه یک ساختار کریستالی تقریباً شبیه آلومینیوم خالص دارد، با این تفاوت که لیتیم در گوشه های سلول واحد هستند.ساختار کریستالی Al۳Li شبیه ساختار AuCu۳  و دارای پارامتر کریستالی ۴٫۰۱ Å است. ساختار کریستالی Al-Li شبیه ساختار NaTl است و دارای پارامتر کریستالی ۶٫۳۷ Å است.
فاصله بین اتمی در Al-Li کمتر از همین فاصله در آلومینیم و لیتیم خاص است.

کاربردها 
آلیاژ های آلومینیوم و لیتیم به دلیل کاهش وزن در صنعت فناوری هوافضا مورد استقبال است. در هواپیمای باریک پیکر، آلکوا توانست با استفاده از این آلیاژ ، ۱۰ درصد وزن هواپیما را کم کرد و ۲۰ درصد روند سوخت را بهتر کرد. آلیاژ های آلومینیوم و لیتیم در مرحله اول در بال و پایدار کننده ی عمودی جنگنده ی نورث امریکن ای-۵ ویجلانت به کار رفت. آلیاژ های دیگر آلومینیوم و لیتیم در بدنه داخلی بال هواپیما ایرباس ای۳۸۰ و قطعات داخل بال ایرباس ای۳۵۰ و بدنه ایرباس ای۲۲۰ به کار رفت. قسمت بار بوئینگ ۷۷۷ایکس از این آلیاژ ها ساخته شده. این آلیاژ ها در مخزن سوخت و اکسید فضا پیما فالکن ۹ از شرکت اسپیس‌اکس هم به کار رفته اند.

در سومین و آخرین مخزن خارجی شاتل فضایی ایالات متحده آمریکا هم از آلیاژ آلومینیوم ۲۱۹۵ استفاده شده است.

آلیاژ های آلومینیوم و لیتیم معمولاً با جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی وصل می شوند. آلیاژهای آلومینیوم و لیتیم به صورت ورق هایی با عرض 5.6 متر هم نورد می شوند که این حجم باعث کاهش اتصالات هم می شود.

با اینکه آلیاژ های آلومینیوم و لیتیم نسبت به آلیاژ های آلومینیوم و مس و آلیاژ های آلومینیوم و روی نسبت استحکام به وزن بالاتری دارند ولی از نظر استحکام خستگی به شدت دچار ضعف هستند.تا حدودی این مشکل در سال ۲۰۱۶ میلادی برطرف شد ولی نه به صورت کامل. قیمت بالا (حدود ۳ برابر دیگر آلیاژ های تجاری آلومینیوم)، مقاومت به خوردگی ضعیف و میزان ناهمسان‌گردی بالا در خواص مکانیکی ورق های نورد شده باعث کم بودن استفاده از این آلیاژ در صنایع متفاوت می باشد.

لیست آلیاژ های آلومینیوم و لیتیم 

علاوه بر اینکه هر آلیاژ آلومینیوم را با چهار عدد اصلی شناسایی می کنند، یک آلیاژ آلومینیوم و لیتیم دارای نسل های متفاوتی است که براساس زمان اولین بار که تولید شده و میزان لیتیم موجود در آن طبقه بندی می شود. نسل اول از اولین پژوهش های انجام شده بر روی این زمینه در اوایل قرن بیست میلادی آغاز شد، تا اولین کاربرد این آلیاژ در هواپیما به طول انجامید. نسل دوم به این منظور تولید شد که دقیقاً جای آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ و آلیاژ آلومینیم ۲۰۲۴ را بگیرد. این نسل میزان لیتیم بالایی در خود جای می داد (حداقل ۲ درصد) که این باعث کاهش چگالی می شد ولی نتایج منفی از جمله کاهش چقرمگی شکست را به دنبال خود داشت. نسل سوم که نسل کنونی می شود قابل توجه بسیاری از شرکت های هواپیما سازی قرار گرفته.(برعکس دو نسل قبل)این نسل حدود 0.75 تا 1.8 درصد لیتیم دارد و این میزان هم باعث کاهش چگالی و هم خواص منفی را کمتر می سازد. چگالی آلیاژ های نسل سوم بین ۲٫۶۳ تا ۲٫۷۲ گرم بر سانتی متر مکعب است.

نسل اول (۱۹۲۰-۱۹۶۰ میلادی)

نسل دوم(۱۹۷۰-۱۹۸۰ میلادی)

نسل سوم (۱۹۹۰ میلادی - زمان حال)

جستارهای وابسته 
آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیوم

لیتیم

فلزات سبک

منابع 

آلیاژها
آلیاژهای آلومینیوم
لیتیم