[發明專利]一種含低Gd的高強度鎂鋰合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201110340168.3
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102392162A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 徐春杰;馬濤;屠濤;余玲;張忠明
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/06;C22C1/03
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于有色金屬材料研發及制備工藝技術領域，涉及一種新型低Gd高強度鎂鋰合金及其獲得含Gd強化相的鎂鋰合金的制備工藝，具體涉及一種含低Gd高強度鎂鋰合金及其制備方法。

背景技術

鎂及鎂合金具有比強度、比剛度高，減振性、電磁屏蔽和抗輻射能力強，易切削加工，易回收等一系列優點，在汽車、電子、電器、交通、航天、航空和國防軍事工業領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景。由于鎂為hcp型晶體結構，室溫下鎂晶體塑性變形僅限于位錯滑移和錐面孿生，但是孿生不能激活新的滑移系，因此鎂及鎂合金的室溫塑性加工困難，拉伸時的伸長率一般小于10％。

美國人A.C.Loonam于1942年將Li元素添加到鎂合金中以期在hcp結構的鎂合金中獲得bcc結構晶體來改善合金的塑性變形能力。迄今，改善室溫塑性變形加工性能最有效的方法是加入金屬Li，鎂鋰合金已成為最輕的金屬結構材料。但在室溫條件下，鎂鋰合金的強度極低，通常鎂鋰二元合金的抗拉強度低于100MPa。

鎂鋰合金也可以通過加入合金元素形成化合物，并有可能通過固溶時效處理后在基體中形成彌散析出的強化相。同時，這些金屬間化合物或強化相可以降低微觀空穴的擴散速度，從而降低bcc結構的富鋰β相蠕變激活能，提高Mg-Li合金的抗蠕變能力。近來國內和臺灣學者的研究表明，Al，Zn，Sc，Y和其它一些稀土元素可以有效細化晶粒，通過固溶強化和沉淀強化增強鎂鋰合金的室溫和高溫抗拉強度。RE還可以提高鎂鋰合金的再結晶溫度，提高其時效強化效果。以Gd作為合金摻入元素可以有效提高鎂合金的力學性能，已經得到應用，如Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金(彭卓凱，張新明，陳健美，肖陽，蔣浩，鄧楨楨.Mn，Zr對Mg-Gd-Y合金組織與力學性能的影響，中國有色金屬學報，2005，15(6)：917-922)及Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金(王其龍，吳國華，鄭韞，丁文江.Mg-Gd-Y系合金的研究進展.材料導報，2009，23(6)：104-108)等。這些采用Gd稀土強化和特殊工藝制備的高強鎂合金抗拉強度可以達到350MPa以上，并具有較高的熱強性能。但由于稀土元素的密度要比Mg的密度高很多，Gd的密度為7.89g/cm³，Nd的密度為7.00g/cm³，Zr的密度為6.49g/cm³，而Mg的密度僅為1.74g/cm³，較高含量的稀土元素不僅增大了鎂合金的密度，而且大量使用稀土金屬勢必提高合金成本，這限制了這些合金只能在導彈、高端轎車上使用。

在鎂鋰合金中加入少量的稀土，可以顯著提高合金的強度和韌性，低含量的稀土不會造成合金密度大幅增加，此外，稀土金屬使用量比較少，合金成本和生產升本可以控制在可承受范圍之內。盡管諸多采用稀土元素來強化鎂鋰合金的工藝方法得到應用，如加入Y等，但是這些研究涉及的鎂鋰合金的拉伸強度指標和塑性變形能力依然不夠理想，尤其不能保持高強度的同時兼有高塑性，以滿足冷加工變形的需要(制備殼體類零件對材料室溫拉伸性能要求：UTS≥150MPa，δ＝20-25％)，因此，如何提高鎂鋰合金綜合力學性能成為目前解決這一問題的關鍵，也是擴大鎂鋰合金應用領域的關鍵。然而，由于Li的活性較大，目前鎂鋰合金通常在真空條件下、覆蓋劑保護熔鑄或采用熔鹽電解法制備，陳繼忠公開的專利《鎂鋁硅-鋰稀土合金及其制備方法》(申請號：200610088097.1，公開號：CN1876872A，公開日：2006.12.13)采用保護氣氛CO₂∶N₂＝1.3-1.7∶1下制備的鎂鋰合金，張密林等公開的專利《一種鎂鋰-釤合金及其熔鹽電解制備方法》(申請號：200810064625.9，公開號：CN101285142A，公開日：2008.10.15)中采用陰極合金化法電解制備鎂鋰合金。王君等公開的專利《一種Gd摻雜的鎂鋰合金》(申請號：200810137519.8，授權公告號：CN?101429611B，授權公告日：2010.09.08)中合金的性能達到要求，也是采用真空感應熔煉。盡管采用這些工藝措施可以獲得鎂鋰合金，但是這些措施不僅導致合金成本較高，而且控制工序繁瑣，限制了該類合金的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含低Gd的高強度鎂鋰合金，解決了現有鎂鋰合金強度低、可塑性差及成本高的問題。

本發明的另一目的在于提供上述鎂鋰合金材料的制備方法。