[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度鎂鋰合金的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410217831.4
• 申請(qǐng)日: 2014-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN104004949A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張揚(yáng);吳國(guó)華;劉文才;張亮;張潔;丁文江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C23/04
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鎂合金及其制備方法，尤其涉及一種添加Zn、Gd和Zr元素的高強(qiáng)度鎂鋰合金及其制備方法，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂合金具有密度低、來(lái)源廣泛、比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”。通過(guò)向鎂合金中添加Li進(jìn)行合金化，能夠進(jìn)一步降低其密度，并改善鎂合金的塑性，因此，鎂鋰合金在航空航天等對(duì)輕量化要求很高的領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用前景。目前來(lái)看，限制鎂鋰合金應(yīng)用的一大難題是其強(qiáng)度偏低，難以滿足工程應(yīng)用的要求，因此，開發(fā)新型高強(qiáng)度鎂鋰合金具有非常重要的價(jià)值。

鎂鋰合金中常用的合金元素包括Al、Zn、Si等，但是之前的研究表明，這些元素對(duì)于鎂鋰合金強(qiáng)度的提升幅度非常有限。稀土是鎂合金有效的強(qiáng)化元素，研究表明，La、Ce等輕稀土單獨(dú)添加或混合添加對(duì)于鎂鋰合金強(qiáng)度有一定的提升作用。與輕稀土相比，Gd、Y等重稀土對(duì)鎂合金的強(qiáng)化作用體現(xiàn)得更為突出，研究者們已開發(fā)出一系列以Gd、Y為主要合金元素的高強(qiáng)度鎂合金。許道奎等公開了《一種準(zhǔn)晶相強(qiáng)化鎂鋰合金及其制備方法》(公開號(hào)CN1948532A)，通過(guò)控制Zn和Y的配比，在合金中形成準(zhǔn)晶強(qiáng)化相，獲得一種具有較高強(qiáng)度的鎂鋰合金。與Y類似，Gd的加入同樣能形成準(zhǔn)晶強(qiáng)化相。因此，通過(guò)向鎂鋰合金中同時(shí)添加Zn和Gd，形成準(zhǔn)晶強(qiáng)化相，有望獲得一種新型高強(qiáng)度鎂鋰合金。Zr是鎂合金中常用的細(xì)化劑，通過(guò)向不含Al的鎂鋰合金中加入Zr，能夠細(xì)化合金凝固組織，進(jìn)一步提高力學(xué)性能。

隨著鎂鋰合金中Li含量的變化，鎂鋰合金的基體相組成會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)Li含量低于5.7wt.％時(shí)，其基體相為L(zhǎng)i固溶于Mg中形成的六排密方α-Mg固溶體；當(dāng)Li含量高于10.3wt.％時(shí)，其基體相為Mg固溶于Li中形成的體心立方β-Li固溶體；當(dāng)Li含量介于兩者之間時(shí)，形成的是α-Mg固溶體和β-Li固溶體共存的雙相結(jié)構(gòu)。基體為α-Mg固溶體時(shí)，Li元素添加帶來(lái)的減重效果不明顯，同時(shí)對(duì)塑性變形能力的改善也不明顯；基體為β-Li固溶體時(shí)，基體塑性變形能力很強(qiáng)，但強(qiáng)度過(guò)低。

有鑒于此，如何獲得一種α-Mg固溶體和β-Li固溶體共存的雙相結(jié)構(gòu)，使鎂鋰合金兼具強(qiáng)度和塑性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了一種高強(qiáng)度的Mg–Li–Zn–Gd–Zr鎂鋰合金，其通過(guò)向鎂鋰合金中加入一定質(zhì)量比的Zn和Gd元素，在鎂鋰合金凝固組織中引入準(zhǔn)晶作為強(qiáng)化相，同時(shí)加入Zr作為細(xì)化劑，而且通過(guò)之后相應(yīng)的塑性變形和熱處理工藝，使得該合金擁有較低的密度和優(yōu)良的力學(xué)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)度鎂鋰合金，其中，高強(qiáng)度鎂鋰合金的組分包括：6～10wt.％Li，2.5～7.5wt.％Zn，1～3wt.％Gd，0.2～0.6wt.％Zr，雜質(zhì)元素Si、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt.％，余量為Mg。

優(yōu)選的，所述Zn和所述Gd的原子比為6:1。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)度鎂鋰合金的制備方法，其中，分為熔煉、塑性變形和熱處理工藝三個(gè)階段，其中，所述熔煉工藝包括以下步驟：

(1)烘料：分別取純Mg、純Zn、Mg–Gd中間合金、Mg–Zr中間合金和Li棒，按照制備合金質(zhì)量的5～10％稱取鋰鹽熔劑，然后，將上述所有原料分別預(yù)熱3小時(shí)以上達(dá)到180℃～250℃以進(jìn)行烘干；

(2)熔鎂：將烘干后的所述純Mg和所述鋰鹽熔劑放入坩堝電阻爐中熔化形成鎂液；

(3)加Zn和Gd：當(dāng)所述鎂液的溫度達(dá)到700℃～740℃時(shí)，往所述鎂液中加入純Zn，待所述純Zn熔化后，熔體溫度回升至700℃～740℃時(shí)加入中間合金Mg–Gd；

(4)加Zr：待所述中間合金Mg–Gd完全熔化后，熔體溫度回升至700℃～740℃時(shí)加入中間合金Mg–Zr；

(5)加Li：待所述中間合金Mg–Zr完全熔化后，熔體溫度降至670℃～680℃，將稱量好的Li棒將用不銹鋼絲網(wǎng)包覆再將其用不銹鋼鐘罩壓入熔體中，待所述Li棒完全熔解后取出鐘罩和不銹鋼絲網(wǎng)；

(6)鑄造：待所述步驟(5)中的熔體溫度回升至700℃～740℃時(shí)保溫10min，撇去表面浮渣并澆鑄鎂鋰合金錠；

塑性變形工藝：將所述熔煉工藝得到的所述鎂鋰合金錠在350℃～400℃均勻化處理6～10小時(shí)，然后將完成均勻化處理的所述鎂鋰合金在200℃～250℃進(jìn)行塑性變形加工；

熱處理工藝工序：將所述塑性變形得到的所述鎂鋰合金在100℃～250℃溫度中進(jìn)行4～60小時(shí)的時(shí)效處理。