โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียม (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน แคนาดา และฟิลิปปินส์: aluminum–lithium alloys ) ( โลหะผสม Al–Li ) คือชุดของโลหะผสมของอะลูมิเนียมและลิเธียม ซึ่งมักจะมี ทองแดงและเซอร์โคเนียมรวมอยู่ด้วย เนื่องจากลิเธียมเป็น โลหะธาตุที่มีความหนาแน่น น้อยที่สุดโลหะผสมเหล่านี้จึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าอะลูมิเนียมอย่างมาก โลหะผสม Al–Li เชิงพาณิชย์มีลิเธียมมากถึง 2.45% โดยมวล^{[ 2 ]}

การผสมกับลิเธียมช่วยลดมวลโครงสร้างลงได้ 3 ประการ:

การเคลื่อนย้าย

อะตอมลิเธียมมีน้ำหนักเบากว่าอะตอมอะลูมิเนียม ดังนั้นอะตอมลิเธียมแต่ละอะตอมจึงแทนที่อะตอมอะลูมิเนียมหนึ่งอะตอมจากโครงผลึกในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างโครงผลึกไว้ ลิเธียมที่เติมลงในอะลูมิเนียม 1% โดยมวลจะลดความหนาแน่นของโลหะผสมที่ได้ลง 3% และเพิ่มความแข็งแกร่งขึ้น 5% ^{[ 2 ]}ผลกระทบนี้เกิดขึ้นจนถึง ขีดจำกัด การละลายของลิเธียมในอะลูมิเนียม ซึ่งคือ 4.2%

การแข็งตัวของวัสดุ

การนำอะตอมชนิดอื่นเข้าไปในผลึกจะทำให้โครงสร้างผลึกเกิดความเครียด ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดความคลาดเคลื่อนวัสดุที่ได้จึงแข็งแรงขึ้น ทำให้สามารถใช้วัสดุนั้นได้ในปริมาณที่น้อยลง

การแข็งตัวของตะกอน

เมื่อมีอายุที่เหมาะสม ลิเธียมจะก่อตัวเป็น เฟส Al _{3 Li} ที่ไม่เสถียร (δ') ซึ่งมีโครงสร้างผลึกที่สอดคล้องกัน^{[ 3 ]}ตะกอนเหล่านี้ช่วยเสริมความแข็งแรงของโลหะโดยการขัดขวางการเคลื่อนที่ของดิสโลเคชันระหว่างการเสียรูป อย่างไรก็ตาม ตะกอนเหล่านี้ไม่เสถียร และต้องระมัดระวังเพื่อป้องกันการมีอายุมากเกินไปจนเกิดเป็นเฟส AlLi (β) ที่เสถียร^{[ 4 ]}นอกจากนี้ยังทำให้เกิดโซนที่ปราศจากตะกอน (PFZs) ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ขอบเกรนและสามารถลดความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม ได้ ^{[ 5 ]}

โครงสร้างผลึกของ Al ₃ Li และ Al–Li แม้ว่าจะอิงตามระบบผลึก FCCแต่ก็แตกต่างกันมาก Al ₃ Li แสดงโครงสร้างแลตติซที่มีขนาดเกือบเท่ากับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ยกเว้นว่าอะตอมของลิเธียมจะอยู่ที่มุมของเซลล์หน่วย โครงสร้าง Al ₃ Li เป็นที่รู้จักกันในชื่อ AuCu ₃ , L1 ₂หรือ Pm 3 m ^{[ 6 ]}และมีพารามิเตอร์แลตติซ 4.01 Å ^{[ 4 ]}โครงสร้าง Al–Li เป็นที่รู้จักกันในชื่อโครงสร้าง NaTl, B32 หรือ Fd 3 m ^{[ 7 ]}ซึ่งประกอบด้วยลิเธียมและอะลูมิเนียมโดยสมมติโครงสร้างเพชร และมีพารามิเตอร์แลตติซ 6.37 Å ระยะห่างระหว่างอะตอมสำหรับ Al–Li (3.19 Å) มีขนาดเล็กกว่าทั้งลิเธียมหรืออะลูมิเนียมบริสุทธิ์^{[ 8 ]}

โลหะผสม Al–Li เป็นที่สนใจของ อุตสาหกรรม การบินและอวกาศ เป็นหลัก เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านน้ำหนักArconic (เดิมชื่อAlcoa ) อ้างว่าสามารถลดน้ำหนักได้ถึง 10% เมื่อเทียบกับวัสดุ คอมโพสิตใน เครื่องบินโดยสารลำตัว แคบ ส่งผล ให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงดีขึ้นถึง 20% ในราคาที่ต่ำกว่าไทเทเนียมหรือวัสดุคอมโพสิต^{[ 9 ]}โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียมถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปีกและแพนหางระดับของ เครื่องบินทหาร North American A-5 Vigilanteโลหะผสม Al–Li อื่นๆ ถูกนำมาใช้ในผิวปีกด้านล่างของAirbus A380โครงสร้างปีกด้านในของAirbus A350ลำตัวของAirbus A220 ^{[ 10 ] (โดยโลหะผสม นี้}คิดเป็น 24% ของลำตัว) ^{[ 11 ]}พื้นห้องเก็บสัมภาระของBoeing 777X [ ^{12 ]}และใบพัดของเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบเกียร์Pratt & Whitney PurePower ^{[ 13 ]}นอกจากนี้ยังใช้ในถังเชื้อเพลิงและถังออกซิไดเซอร์ในยาน ปล่อยจรวด SpaceX Falcon 9 , คาลิเปอร์เบรกของรถแข่งฟอร์มูล่าวันและเฮลิคอปเตอร์AgustaWestland EH101 ^{[ 14 ]}

ถังเชื้อเพลิงภายนอกของกระสวยอวกาศสหรัฐฯ รุ่นที่สามและรุ่นสุดท้ายส่วนใหญ่ทำจากโลหะผสม Al–Li 2195 [ ^{15 ] นอกจาก}นี้ โลหะผสม Al–Li ยังถูกใช้ใน อะแดปเตอร์ Centaur Forward ในจรวดAtlas V ^{[ 16 ]}ในยานอวกาศ Orionและจะถูกนำไปใช้ใน จรวด Ares IและAres V ที่วางแผนไว้ (ส่วนหนึ่งของ โครงการ Constellationที่ถูกยกเลิก)

โดยทั่วไปแล้วโลหะผสม Al–Li จะเชื่อมด้วยการเชื่อมแบบเสียดทานกวน (friction stir welding ) โลหะผสม Al–Li บางชนิด เช่น Weldalite 049 สามารถเชื่อมได้ด้วยวิธีทั่วไป อย่างไรก็ตาม คุณสมบัตินี้มาพร้อมกับข้อเสียคือความหนาแน่นลดลง Weldalite 049 มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับอะลูมิเนียม 2024 และมีโมดูลัสความยืดหยุ่น สูงกว่า 5% นอกจากนี้ โลหะผสม Al–Li ยังผลิตเป็นม้วนที่มีความกว้างถึง 220 นิ้ว (18 ฟุต; 5.6 เมตร) ซึ่งสามารถลดจำนวนรอยเชื่อมได้^{[ 17 ]}

แม้ว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียมโดยทั่วไปจะเหนือกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงหรืออะลูมิเนียม-สังกะสีในด้านอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงสุด แต่ ความแข็งแรงต่อ ความล้าที่ ต่ำ ภายใต้แรงอัดยังคงเป็นปัญหา ซึ่งได้รับการแก้ไขเพียงบางส่วนเท่านั้น ณ ปี 2559 ^{[ 18 ] [ 14 ]}นอกจากนี้ ต้นทุนที่สูง (ประมาณ 3 เท่าหรือมากกว่าของโลหะผสมอะลูมิเนียมทั่วไป) ความต้านทานการกัดกร่อนที่ต่ำ และความไม่สม่ำเสมอ อย่างมาก ของคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์อะลูมิเนียม-ลิเธียมรีด ส่งผลให้มีการใช้งานน้อย

ผงโลหะผสม Al-Li ใช้ในการผลิตสินค้ากีฬาที่มีน้ำหนักเบา เช่น จักรยานไม้เทนนิส ไม้ กอล์ฟและ ไม้ เบสบอลความแข็งแรงสูงควบคู่กับน้ำหนักที่ลดลงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ความเร็ว และความคล่องตัวได้อย่างมาก^{[ 19 ] [ 20 ]}นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์เป็นแผงตัวถัง ชิ้น ส่วน แชสซีและส่วนประกอบช่วงล่าง^{[ 21 ]}

นอกเหนือจากรหัสสี่หลักอย่างเป็นทางการที่ได้มาจากองค์ประกอบทางเคมีแล้วโลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียมยังมีความเกี่ยวข้องกับรุ่นต่างๆ โดยพิจารณาจากช่วงเวลาที่ผลิตครั้งแรกเป็นหลัก และพิจารณาจากปริมาณลิเธียมเป็นรอง รุ่นแรกเริ่มตั้งแต่การวิจัยเบื้องต้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 จนถึงการนำไปใช้ในเครื่องบินครั้งแรกในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โลหะผสมรุ่นที่สองของ Al-Li ประกอบด้วยโลหะผสมที่ออกแบบมาเพื่อทดแทน โลหะผสม 2024และ7075 ที่ได้รับความนิยม โดยตรง มีปริมาณลิเธียมสูงอย่างน้อย 2% คุณลักษณะนี้ทำให้ความหนาแน่นลดลงอย่างมาก แต่ก็ส่งผลเสียบางประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความทนทานต่อการแตกหักรุ่นที่สามเป็นโลหะผสม Al-Li รุ่นปัจจุบันที่มีจำหน่าย และได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากผู้ผลิตเครื่องบิน ซึ่งแตกต่างจากสองรุ่นก่อนหน้า รุ่นนี้ลดปริมาณลิเธียมลงเหลือ 0.75–1.8% เพื่อลดผลกระทบเชิงลบเหล่านั้น ในขณะที่ยังคงรักษาการลดความหนาแน่นไว้บางส่วน^{[ 22 ]}ความหนาแน่นของ Al–Li รุ่นที่สามอยู่ในช่วง 2.63 ถึง 2.72 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (0.095 ถึง 0.098 ปอนด์ต่อลูกบาศก์นิ้ว) ^{[ 23 ]}

• โลหะผสมอะลูมิเนียม 1424 ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 1429 ^{[ 36 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 1441K ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 1445 ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม V-1461 ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม V-1464 ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม V-1469 ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม V-1470 ^{[ 35 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 2094 ^{[ 31 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 2095 ( เวลดาไลต์ 049 ) ^{[ 10 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 2097 ^{[ 31 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 2197 ^{[ 31 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 8025 ^{[ 31 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 8091 ^{[ 31 ]}
• โลหะผสมอะลูมิเนียม 8093 ^{[ 31 ]}
• CP 276 ^{[ 10 ]}

ผู้ผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียมรายสำคัญของโลก ได้แก่Arconic , ConstelliumและKamensk-Uralsky Metallurgical Works

• ศูนย์เทคนิคอาร์โคนิก (อัปเปอร์เบอร์เรลล์ รัฐเพนซิลเวเนีย สหรัฐอเมริกา) ^{[ 10 ]}
• Arconic Lafayette (อินเดียนา สหรัฐอเมริกา); กำลังการผลิตต่อปี 20,000 เมตริกตัน (22,000 ตันสั้น; 20,000,000 กก.; 44,000,000 ปอนด์) ของอะลูมิเนียม-ลิเธียม^{[ 10 ]}และสามารถหล่อแท่งกลมและสี่เหลี่ยมเพื่อใช้ในการรีด การอัดขึ้นรูป และการตีขึ้นรูป
• Arconic Kitts Green (สหราชอาณาจักร)
• โรงงานดูบุกของ ริโอทินโต อัลแคน (แคนาดา); กำลังการผลิต 30,000 ตัน (33,000 ตันสั้น; 30,000,000 กิโลกรัม; 66,000,000 ปอนด์)
• Constellium Issoire (Puy-de-Dôme), ฝรั่งเศส; กำลังการผลิตต่อปี 14,000 ตัน (15,000 ตันสั้น; 14,000,000 กิโลกรัม; 31,000,000 ปอนด์) ^{[ 10 ]}
• โรงงานโลหะวิทยาคาเมนสค์-อูราลสกี (KUMZ)
• อเลริส (โคเบลนซ์ ประเทศเยอรมนี)
• บริษัท FMC Corporation - FMC ได้แยกส่วนธุรกิจลิเธียมออกไปเป็นบริษัท Livent ซึ่งต่อมา (ปี 2024) ได้ควบรวมกิจการกันเพื่อก่อตั้งบริษัท Arcadium ( https://arcadiumlithium.com/ )
• บริษัท เซาท์เวสต์ อลูมิเนียม (สาธารณรัฐประชาชนจีน)

• โลหะผสมอะลูมิเนียม
• โลหะผสมแมกนีเซียม-ลิเธียม
• แสงจ้า
• พลาสติกเสริมใยคาร์บอน (CFRP)

• Grushko, Olga; Ovsyannikov, Boris; Ovchinnokov, Viktor (2016). Eskin, DG (บรรณาธิการ). โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียม: โลหะวิทยาเชิงกระบวนการ โลหะวิทยาเชิงกายภาพ และการเชื่อม ความก้าวหน้าในโลหะผสม เล่มที่ 8. CRC Press/Taylor & Francis Group. doi : 10.1201/9781315369525 . ISBN 9781498737173. OCLC  943678703 .
• Eswara Prasad, N.; Gokhale, Amol A.; Wanhill, RJH, บรรณาธิการ (2014). โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียม: กระบวนการผลิต คุณสมบัติ และการใช้งาน . Elsevier/Butteworth-Heinemann (ตีพิมพ์ 20 กันยายน 2013). doi : 10.1016/C2012-0-00394-8 . ISBN 978-0-12-401698-9. OCLC  871759610 .

• "อลูมิเนียม-ลิเธียมจะเอาชนะวัสดุคอมโพสิตสำหรับเครื่องบินโดยสารลำตัวแคบได้หรือไม่?" GLG News. 18 ตุลาคม 2010. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 7 มีนาคม 2019. สืบค้นเมื่อ7 มีนาคม 2019 – ผ่านทาง AirInsight Group, LLC.