[發明專利]一種低密度高強度高模量的鎂鋰合金及制備方法

有效

• 申請號: 202111189131.5
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN114015918B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王俊升;田光元;楊興海;張弛;王碩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03;C21D1/18;C22F1/06;C22F1/02;C22C23/06;C22B9/04;C22B9/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開一種低密度高強度高模量的鎂鋰合金及制備方法，屬于金屬材料鎂合金的技術領域。所述低密度高強度高模量的鎂鋰合金的化學成分按質量百分比計為：Gd：0.5?5wt.％，Al：0.5?6wt.％，Y：0.5?10wt.％，Li：8?16wt.％，Zr：0?1wt.％，余量為Mg和不可避免的雜質；其中：Zr元素的含量選擇不能為0。所述制備方法包括合金配料、烘料、真空熔煉鑄造和熱處理。本發明解決了傳統Mg?Al?Zn、Mg?Gd?Y?Zr、Mg?Li?Al鎂合金無法實現的模量提升，采用全自動真空熔煉精確控制成分，無環境污染、避免了氧化燒損等問題，制備過程安全可靠，成分工藝性能可重復。

技術領域

本發明屬于金屬材料鎂合金的技術領域，涉及一種低密度高強度高模量的鎂鋰合金及制備方法。

背景技術

鎂合金具有重量輕、比強度高、生物相容性好等特點，而且它也具有可回收重復利用性，是21世紀的綠色工程材料，在航空航天、汽車、武器裝甲等方面有著廣泛應用前景。然而，由于鎂的密排六方結構致使其晶格滑移系數較少，在擠壓、軋制、鍛造、沖壓等工藝過程中表現出較差的塑性。故而，鎂鋰合金的研究備受關注。

研究發現，LA系列鎂鋰合金密度在1.35-1.65g/cm³之間，是目前最輕的金屬結構材料，例如LA141以14wt.％Li、1wt.％Al為主要合金成分，比普通鎂合金質量輕1/4-1/3，比鋁合金質量輕1/3-1/2。用鎂鋰合金替代部分鋁合金、鈦合金及鈹合金，可獲得顯著的減重效果。鎂鋰合金除普通鎂合金的優點外，還具有良好的延展性、阻尼性能以及電磁屏蔽性等優異性能，應用范圍較廣。

然而，由于現有大多數鎂鋰合金中的絕對強度和彈性模量低，抗蠕變性能差和室溫過時效和耐腐蝕性差，故而限制了其在高性能工程化方面的應用。

目前，在鎂鋰合金中，隨著Li含量的增加，鎂合金的密排六方結構(HCP結構，α單相)晶格軸比(c/a)降低，除基面滑移{0001}112_0外，增加了一

—個棱面滑移系{1010}112_0。同時，晶體結構從HCP結構向體心立方結構(BCC結構，β單相)轉變，提高合金的延展性，塑性成型能力。

根據Mg-Li二元相圖可知，當鋰含量低于5.7wt.％時，合金由α-Mg單相組成；當鋰含量介于5.7-10.3wt.％時，合金由α-Mg和β-Li兩相組成；當鋰含量超過10.3wt.％時，合金由β-Li單相組成。

而BCC結構的β-Li相在Mg-Li合金中存在較多的晶格滑移系，在變形加工過程中不易發生硬化。針對鎂鋰合金的強化工藝，國內外學者主要通過合金化、熱處理及變形加工處理等使鎂鋰合金獲得析出強化、固溶強化、細晶強化等復合強化效果。

合金化是提高金屬性能最基本的方法之一。鎂鋰合金中研究最多的是Al、Zn作為主要的合金化元素的Mg-Li-Al(LA)系和Mg-Li-Zn(LZ)系。但是單純研究Mg-Al-Li、Mg-Al-Zn等合金體系雖然強度得以提升，仍暴露出力學性能不高、熱穩定性差等問題，前述問題仍是鎂鋰合金進一步發展的掣肘。

為了克服這些問題，研究者在三元合金的基礎之上通過添加合金元素來提高力學性能。而添加常規元素，在強化Mg-Li合金的同時，會降低鑄錠塑性，容易引起脆性斷裂，尤其是存在過時效。

近年來，人們發現添加稀土元素可以彌補常規元素的缺陷，很好地起到固溶強化和析出強化的效果；并且還可以細化晶粒、凈化熔體、改善鑄錠的力學性能以及耐腐蝕性。