[發明專利]一種高性能稀土鎂鋰合金板材及其制備方法

有效

• 申請號: 202111486956.3
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114150195B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 于子健;石康;杜文博;杜保田;許曦;劉軻;李淑波
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22F1/06;B21C37/02;C22C1/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種高性能稀土鎂鋰合金板材及其制備方法，屬于金屬材料技術領域。該工藝包括如下步驟：按照合金成分及含量配置原料，熔煉，固溶處理及冷軋制復合退火處理。本發明的冷軋稀土鎂鋰合金技術可用于制備厚度為0.6mm稀土鎂鋰合金板材。本發明制備的Mg?Gd?Y?Zn?Li合金板材具有優異力學性能，其屈服強度突破190MPa，延伸率突破22％。冷軋后合金中晶粒的細化和析出相的產生對合金增強增韌具有顯著的作用。與現有技術相比，本發明的稀土鎂鋰合金板材性能優異，其制備方法簡單且生產效率高，具有顯著的實用價值。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種高性能稀土鎂鋰合金板材及其制備方法。

背景技術

鎂鋰合金作為輕質金屬材料具有密度低，高比強度、比剛度，減震性、電磁屏蔽性和抗輻射能力強，易切削加工、易回收等一系列優點，在航空航天和國防軍事工業領域具有及其重要的應用價值和廣闊的應用前景。

鎂鋰合金基體會隨著鋰含量的增加逐漸由具有密排六方結構的α-Mg相向具有體心立方結構的β-Li相轉變。由于鎂的密排六方結構導致鎂合金塑性和成型能力較差，所以常規鎂合金都是通過不同通過冷加工成型，而需要熱加工成型。但具有體心立方的鎂鋰合金具有出色的塑性和成型能力，是唯一具備冷加工成型能力的鎂合金材料。雖然，鋰元素的加入可以提高鎂鋰合金的塑性和成性能，但鎂鋰合金較差的力學性能限制了其廣泛的應用。

合金化改善鎂鋰合金力學性能的一種有效方法，目前已得到廣泛的應用。對于鎂鋰合金，常用的合金元素包括Al，Zn，Ca等。然而，開發出Mg-Li-Al系，Mg-Li-Zn系，Mg-Li-Al-Zn系，Mg-Li-Al-Ca系及Mg-Li-Zn-Ca系鎂鋰合金的力學性能仍然較低。稀土元素，尤其是重稀土元素Gd和Y，常被用于制備高強韌鎂合金，但其在鎂鋰合金中的應用鮮有報道。將重稀土元素Gd和Y添加至鎂鋰合金中不僅可以促進Mg-RE析出相產生，而且可以促進合金晶粒細化，顯然有利于開發高性能鎂鋰合金。因此，在鎂鋰合金中應用重稀土元素是不斷提高其力學性能的一種潛在方法。

鎂合金傳統的形變熱處理方法主要包括擠壓、軋制和鍛造等。其目的在于細化鎂合金組織，彌合鑄造缺陷，破碎大尺寸析出相等，從而提高力學性能。相較于熱加工成型方法，冷加工成型具有產量大，效率高，經濟性強等特點，因此，開發一種利用稀土元素強化的具有出色冷成型加工能力的高性能鎂鋰合金具有可觀的經濟價值和科學必要性。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有鎂鋰合金強度較差，難以實現大規模應用的問題，提供高性能稀土鎂鋰合金板材及其制備方法。本發明通過重稀土元素(Gd，Y等)及Zn元素的合金化，并控制Li含量，并對上述Mg-Gd-Y-Zn-Li合金進行熱擠壓復合冷軋和退火工藝，提高合金強度，從而制備一種高性能鎂鋰合金板材。

本發明的技術方案是：

一種高性能鎂鋰合金板材，其特征在于，鎂鋰合金成分包括：8wt％～10wt％的Gd，2wt％～4wt％的Y，0wt％～2wt％且不為0的Zn，10wt％～13wt％的Li，余量的Mg及不可避免的雜質；

進一步優選，8wt％～9wt％的Gd，2wt％～3wt％的Y，0.5wt％～1.5wt％的Zn。

進一步變形稀土鎂鋰合金，合金基體β-Li組成。

上述所述稀土鎂鋰合金的制備方法，其特征在于，包括：

1)變形稀土鎂鋰合金在氟化鋰和氯化鋰熔鹽覆蓋及SF₆：CO₂混合保護氣氛下鑄造成坯錠，鑄造溫度為680℃～720℃；如鑄造模具為金屬型板狀模具，此后對其進行切削加工制成圓柱鑄造坯錠；如圓柱鑄造坯錠尺寸為：直徑為35mm，高為34mm。

2)固溶處理：將鑄造坯錠放在氬氣保護下進行固溶處理，固溶處理溫度為400～500℃，時間為1～12h，然后置于100℃的沸水中淬火，此后冷卻至室溫；