一种准晶相强化镁锂合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高强度镁锂合金及其制备技术，特别是一种准晶相强化镁锂合金及其制备方法，解决镁锂合金强化等问题，通过合理选择合金元素，将准晶相引入到镁锂合金基体中，制备出了具有低密度、高强度、较好塑性的Ｍｇ－Ｌｉ合金。该含锂镁合金材料是Ｍｇ－Ｌｉ合金在α－Ｍｇ和β－Ｌｉ两相区的双相合金，其组分及其含量为：锂（Ｌｉ）含量为５．５～１１．５％；锌（Ｚｎ）含量为０．５～１５％；钇（Ｙ）含量为０．１～８％和余量的镁（Ｍｇ）组成，所有百分数为重量百分数。经合金熔炼及后续热挤压加工变形成制品，其加工工艺操作简单、方便。本发明专利技术材料的抗拉强度为σ↓［ｂ］＝２００～３００ＭＰａ，屈服强度为σ↓［０．２］＝１５０～２６０ＭＰａ，延伸率为δ＝１７～６５％，密度为１．３４～１．８３ｇ／ｃｍ↑［３］。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高强度镁锂合金及其制备技术，特别是一种具有低密度、高强度、较好塑性的变形镁锂合金材料——准晶相强化镁锂合金及制备该合金材料的方法。
技术介绍
镁合金作为一种新型的金属材料，具有密度低、比强度和比刚度高等优点。采用锂(密度为0.534g/cm3)进行合金化，不仅可以进一步降低其密度，而且还可以增加密排六方镁合金的塑性，这使得Mg-Li合金在航空航天和汽车等高新
有着潜在的广泛应用前景。对于Mg-Li合金，当Li含量低于5.5％时，其组织为Li固溶于Mg晶格中形成的α-Mg固溶体。当Li含量高于5.5wt.％，其主要相为hcp结构的α固溶体和bcc结构的β-Li相，而当Li含量高于11.5wt.％时，合金将完全由β相组成。其中，双相组织(α-Mg+β-Li)对于合金的强度和超塑性是有益的。表1典型变形镁锂合金的拉伸力学性能 近年来，文献(Mater.Lett.(材料快讯)60(2006)3272)和(Scr.Mater.(材料快报)51(2004)1057)主要侧重于下列两种强化方式来提高Mg-Li合金的强度1)通过加入合金元素Al，Zn和Ca强化。2)进行大的塑性变形来细化合金的微观组织进行强化。表1为上述文献所报道的相关数据。另外，文献(Mater.Lett.(材料快讯)60(2006)1863)报道了5wt％Al2Y/Mg-Li复合材料的抗拉强度也仅为189MPa。可以看出，通过以上三种方法很难使合金的抗拉强度(UTS)超过200MPa，这极大的限制了Mg-Li合金在工程领域的应用。因此，为了进一步提高镁锂合金的力学性能和扩大其应用范围，提出一种新的强化方法是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，解决镁锂合金强化等问题，通过合理选择合金元素，将准晶相引入到镁锂合金基体中，制备出了具有低密度、高强度、较好塑性的Mg-Li合金。本专利技术的技术方案是本专利技术的含锂镁合金材料为准晶相强化镁锂合金，是Mg-Li合金在α-Mg和β-Li双相区的双相镁锂合金，其组分及其含量为锂(Li)含量为5.5～11.5％；锌(Zn)含量为0.5～15％；钇(Y)含量为0.1～8％和余量的镁(Mg)组成，所有百分数为质量百分数；准晶相的引入与锌、钇含量密切有关，锌和钇的重量比值(Zn/Y)为4.5～8。本专利技术的镁锂合金材料其抗拉强度为σb＝200～300MPa，屈服强度为σ0.2＝150～260MPa，延伸率为δ＝17～65％，密度为1.34～1.83g/cm3。本专利技术最重要的发现在于通过选取一定锌钇比(Zn/Y＝4.5～8)，将准晶相引入到含锂镁合金材料的基体中，使合金获得了较高的强度且保留着较好的塑性。本专利技术的强化机理主要为准晶相具有的高硬度、低界面能、与基体具有共格关系等特点，可以有效的对含锂镁合金材料进行强化。本专利技术合金成分是这样确定的本专利技术锂(Li)含量为5.5～11.5％，由于处于α-Mg和β-Li双相区的镁锂合金具有较高的强度，因此本专利技术锂含量的设计是要获得处于α-Mg和β-Li双相区的镁锂合金。本专利技术锌(Zn)和钇(Y)含量分别为0.5～15％和0.1～8％，由于准晶相的引入与锌，钇含量密切有关。当锌和钇的重量比值(Zn/Y)为4.5～8时，锌和钇将以准晶相形式存在于合金基体中。因此，本专利技术中锌和钇含量的设计是充分保证将准晶相引入到合金基体中，达到强化合金的目的。本专利技术准晶相强化镁锂合金的制备方法，包括向合金基体中引入准晶相和后续的热挤压加工。其具体冶炼铸造和后续热挤压加工过程的具体步骤如下1)烘干及预热常规辅料(覆盖/精炼剂)的烘干温度为12～180℃；各种配料与浇铸模具的预热温度为150～300℃；常用工具(搅拌器、掏渣勺、钟型罩、浇铸用料勺等)在700～740℃的熔融态洗涤熔剂中清洗及预热。2)镁锭的熔化设定温度720～740℃，升温；当坩埚预热至暗红色(400～500℃)时，清理坩埚内残渣，通入CO2气体置换坩埚内部的空气，然后在坩埚内壁及底部均匀地撒上一层覆盖剂；加入已预热的镁锭，并在炉料上撒上一层覆盖剂；此过程中覆盖剂用量占炉料重量的0.1～1.0％；继续升温。3)配料的加入当镁熔体温度达到750～760℃时，在覆盖剂保护下依照配料熔点由高到低的顺序加入各种预热好的镁钇中间合金(Mg-24％Y)和锌块；配料全部熔化后，搅动4～6分钟，以使成分均匀；然后，除去表面熔渣，熔体表面撒以覆盖剂。关闭电源，待温度降至730～740℃，打开电源，加入Li，充分搅拌将其熔化(在此过程中加入LiCl和LiF覆盖剂，并通CO2或空气和SF6保护气体，按体积百分比，在99～99.5％CO2或空气+0.3～1％SF6)；此工序中覆盖剂的加入量以熔体表面不燃烧为准。4)熔体的精炼待温度为720～730℃时，搅拌熔体7～10分钟，使熔体自下而上翻滚，不得飞溅，并不断在熔体的波峰上撒以精炼剂(LiBr)，其用量为炉料总重的0.5～2.5％。5)熔体的保温静置精炼结束后，清除合金液表面、坩埚壁等处的熔渣，按体积百分比，在99～99.5％空气(或CO2)+0.3～1％SF6混合气体保护下掏渣，然后熔体表面撒以覆盖剂，用量以熔体表面不燃烧为准；将熔体升温至760～780℃，保温静置20～30分钟。6)浇铸成型工序将熔体降温至750～760℃，在0.6∶1～1.4∶1(重量比)的硫磺和硼酸混合粉料和/或混合气体(按体积百分比，在99～99.5％CO2或空气+0.3～1％SF6)保护下进行浇铸。7)挤压成型工序将铸锭在350～400℃下进行10～16小时的均匀化处理后，进行剥皮。将剥皮后的铸锭在温度为180～200℃下进行变形加工成制品。本专利技术的特点是1、本专利技术通过控制合金元素中锌钇比(Zn/Y)，将准晶相引入到镁锂合金基体中。2、本专利技术采用本专利技术方法获得了具有低密度、高强度、较好塑性的双相镁锂合金，特别适合于轻质、高强、高韧的用材需求。3、本专利技术加工工艺操作简单、方便。附图说明图1三种镁锂合金(实施例1、实施例2、实施例3)的X-射线衍射图谱。图2三种镁锂合金(实施例1、实施例2、实施例3)主要相的扫描电镜照片。图3三种镁锂合金(实施例1、实施例2、实施例3)的室温下力学性能。具体实施例方式下面通过实施例详述本专利技术。实施例1I)、合金组成按下列配比配置15千克含锂镁合金材料所称取出的各元素为锂(Li)1200克、锌(Zn)480克、镁钇中间合金(Mg-24％Y)375克和余量的镁(Mg)。按重量百分比计，合金成分为Mg-8％Li-3.2Zn-0.6Y。II)、合金冶炼及铸造合金的冶炼在一个15公斤容量的坩埚和电阻炉中进行。坩埚和铸造用模具采用低碳钢材质。下面以实施例1为例，详细阐述合金的冶炼和铸造工艺。1)设定坩埚目标温度为720℃，开始加热；然后将纯镁、纯锌、镁钇中间合金、纯锂等各种配料放在烘箱中预热至150℃，同时将占目的合金总重量2％的覆盖剂(LiCl和LiF，按3∶1进行重量配比)放入烘箱中烘烤；将浇铸用模具在另外的箱式炉中预热至300℃。2)当坩埚升温至400℃时，通入CO2气体至坩埚内进行气体置换，然后在坩埚底部加入1/2左右的已烘烤的覆盖剂，再后将预热好的纯镁配料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准晶相强化镁锂合金，其特征在于：Ｍｇ－Ｌｉ合金是在α－Ｍｇ和β－Ｌｉ两相区的双相镁锂合金，其组分及其含量为：锂含量为５．５～１１．５％；锌含量为０．５～１５％；钇含量为０．１～８％；镁含量为平衡余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许道奎，韩恩厚，刘路，高国忠，陈荣石，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]