[發(fā)明專利]一種低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110687463.X
• 申請(qǐng)日: 2021-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113430436B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巫瑞智;安迪;魏震;張景懷;郝曉偉;王香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C23/04;B22D27/02;C22C1/03
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金及其制備方法，成分及百分含量如下：Li：5.7～10.3％；Zn：5～7.5％；Y：1～2％；其余為Mg；所述Zn/Y(wt％)＝5。所用原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純鋰錠、工業(yè)純鋅錠以及Mg?20.39wt.％Y中間合金，通過(guò)真空熔煉、機(jī)械攪拌、電磁攪拌獲得低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金。本發(fā)明通過(guò)引入適量的Li元素和原位自生成準(zhǔn)晶相，在保證合金密度小于1.59g/cm³的同時(shí)，可使鎂鋰合金的彈性模量突破45GPa的瓶頸；本發(fā)明對(duì)比其它通過(guò)稀土強(qiáng)化的鎂合金中稀土含量，準(zhǔn)晶相所需稀土元素的量明顯較少，可減少20％以上的稀土用量，顯著降低材料成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金及其制備方法，屬于超輕高模量鎂鋰合金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂鋰合金被認(rèn)為是到目前為止最輕的一種金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂鋰合金在比強(qiáng)度、比剛度等方面具有其它合金無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，此外，鎂鋰合金還具有很多其他優(yōu)點(diǎn)，諸如導(dǎo)熱性好，阻尼減震性好，電磁屏蔽效果好、生物相容性好，資源豐富等等。這使得鎂鋰合金系在航空航天、交通運(yùn)輸、通訊電子工業(yè)等領(lǐng)域具有很大的開(kāi)發(fā)潛能，并受到許多國(guó)家的青睞。隨著現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域?qū)p量化材料和器件的迫切需求不斷增加，鎂鋰合金在核工業(yè)、汽車、IT產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域逐漸嶄露頭角，并成為最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕Y(jié)構(gòu)材料之一。

然而，鎂鋰合金的發(fā)展和應(yīng)用仍然存在許多問(wèn)題，例如相對(duì)于變形鋁合金或鋼鐵材料，通常情況下鎂鋰合金雖然擁有低密度優(yōu)勢(shì)，一般在1.35-1.65g/cm³之間，但是彈性模量和強(qiáng)韌性仍需要進(jìn)一步提高，純鋰的彈性模量?jī)H為4.9GPa，現(xiàn)階段成熟型號(hào)的鎂鋰合金彈性模量范圍一般在35-45GPa，很難突破45GPa，尤其是對(duì)于雙相鎂鋰合金或高鋰含量的單相Beta(Li)合金來(lái)說(shuō)，其彈性模量更低。彈性模量是超輕鎂鋰合金材料作為結(jié)構(gòu)材料時(shí)必須考慮的重要參數(shù)之一，彈性模量越高，材料剛度越大，抵抗彈性變形的能力越大。

現(xiàn)階段研究表明，準(zhǔn)晶相(I-phase)具有較高的模量。據(jù)報(bào)道，準(zhǔn)晶相的彈性模量為105Gpa，另外，大量文獻(xiàn)表明，準(zhǔn)晶相在鎂鋰合金中可顯著提升合金的強(qiáng)韌性。因此，深入研究原位自生成準(zhǔn)晶相在超輕鎂鋰合金中的引入，不僅可大幅度提升合金的強(qiáng)韌性，還有望顯著提升鎂鋰合金的模量，極大推動(dòng)超輕鎂鋰合金的工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)原位自生成準(zhǔn)晶相提升雙相鎂鋰合金材料彈性模量的方法，該方法可以在突破鑄態(tài)鎂鋰合金彈性模量小于45GPa的瓶頸的同時(shí)保持低密度優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金，成分及百分含量如下：Li：5.7～10.3％；Zn：5～7.5％；Y：1～2％；其余為Mg；所述Zn/Y(wt％)＝5。

一種低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金的制備方法，所用原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純鋰錠、工業(yè)純鋅錠以及Mg-20.39wt.％Y中間合金，通過(guò)真空熔煉、機(jī)械攪拌、電磁攪拌獲得低密度高彈性模量鑄態(tài)雙相鎂鋰合金；

按照原料高低的熔點(diǎn)、揮發(fā)特性、易氧化程度以及與鐵坩堝是否反應(yīng)等因素來(lái)決定原材料添加順序和擺放位置；從下到上依次為金屬Zn、Mg-20.39wt.％Y中間合金、Mg、Li；最后，擺放和固定澆鑄模具，關(guān)閉爐蓋；

打開(kāi)冷卻系統(tǒng)，當(dāng)真空度降至10^-1P時(shí)停止抽取，隨后向熔煉爐內(nèi)沖入高純氬氣至真空度為6×10^-2MPa；