一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金及其制备方法，属于金属材料制备领域。所设计的轻质共晶中熵合金的组分分子表达式为Al80Mg10Cu2Zn2Si5Li1。所设计的合金的为一种双相增强，共晶组织合金，具有良好的流动性，具有常规浇铸及压力铸造应用前景。该合金利用真空感应方法熔炼，通过重力浇铸到钢模中得到合金铸锭，制备流程简单，成本低。

A LiAl-Mg-Si biphasic enhanced eutectic light medium-entropy alloy and its preparation method

The invention relates to a lithium-containing Al-Mg-Si biphasic enhanced eutectic light medium-entropy alloy and a preparation method thereof, belonging to the field of metal material preparation. The component molecular expression of the designed entropy alloy in the light eutectic is Al80Mg10Cu2Zn2Si5Li1. The designed alloy is a biphasic reinforced eutectic structure alloy with good fluidity, and has the application prospects of conventional casting and pressure casting. The alloy is melted by vacuum induction method, and the alloy ingot is obtained by gravity casting into the steel mould. The preparation process is simple and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料制备领域，具体涉及一种含锂的高强铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金及其制备方法
技术介绍
对于传统合金而言，高熵合金是一种全新合金的设计理念和思路，基于此申请人已申请一项专利技术专利，并已获得授权，专利号：201710946804.4，该合金体系表现了良好的力学性能。但也存在一些问题，就是其设计的目标合金虽然达到了一定的强度，但其对合金元素的添加对合金体系的影响，并未进行深入的研究，尤其是Si元素的添加对合金性能的影响。Si作为常见的添加的合金化元素，具有密度低、强度高、价格低廉的特性，同时也能相应的改善合金的流动性，，相应的由于单质Si的熔点较高，其也能相应的提高合金的应用温度条件，但其过量的添加也会对合金的塑性产生不好的影响。另外，申请人上一个专利并未注重合金的铸造性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高强度高韧性的轻质中熵共晶合金成分，其室温断裂强度超过850MPa，压缩塑性超过20％，合金密度低于2.7g/cm3，其组织特征为具有两种增强相，表现为共晶组织，具有良好的流动性，铸造性能优异，具有良好的铸造及压力铸造应用前景。一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金，其特征在于，合金的分子式为Al80Mg10Cu2Zn2Si5Li1，其中各个合金元素均为摩尔比。一种如上所述含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1).将准备好的合金原料利用砂轮机去除表面氧化层，利用电子天平将各成分原料称重；(2).将称好的原料放入石墨坩埚中，并置于感应线圈中，抽真空至20Pa，通入保护气至0.3MPa；(3).利用高频感应装置加热，待合金溶化后，保温；(4).关闭电源，将合金浇铸到钢模中，得到合金铸锭。进一步地，步骤(1)所述合金原料为工业纯铝(99.70％)，Li的添加采用Mg-20Li中间合金，其他原料纯度均为99.9％，合金配比误差控制在±0.3％。进一步地，步骤(2)所述原料的添加顺序为中间合金在上，以保证其溶化后挥发较少，保证合金成分的稳定性。进一步地，步骤(3)所述的保温，温度在750-850℃，时间控制在20-30min内，以保证合金元素充分扩散。进一步地，合金的熔炼采用常规感应熔炼并采用重力铸造的方法得到合金铸锭。申请人基于201710946804.4专利技术专利的最优成分，针对合金化元素Si的添加对合金组织和性能的影响，适当的加入微量的合金化元素Li来改善合金中析出相的形貌，对于传统铝合金而言，基本均认为微量的Si添加会对合金的力学产生不好的影响，申请人前一专利基于此，结合高熵合金的设计理念申请了专利技术专利。但大量Si元素的添加往往能够提升合金的高温应用条件，但传统的Al-Si合金往往仅有单相Si析出相增强，其基于Al-Si相图，所设计的合金的Si添加量均在10-30％之间的共晶Si及过共晶合金，并未研究多种析出相条件下，高合金化元素条件下，Si元素对合金的成分与组织性能的关系，基于此，申请人着重研究了Si含量在高合金化条件下，通过双相增强的方式进一步提升铸态合金的强度。Li作为最轻金属元素，原子序数低，极微量的添加即可获得大量的原子摩尔比，可有效控制合金成本；另外，有研究发现微量Li的添加能够细化析出相的形貌，能够促进体系中共晶组织的形成，遏制初生相的长大。基于此申请人设计了该体系的高合金化中熵合金，通过改善合金的组织性能特点，着重关注合金的铸造性能。由于共晶合金具有熔点低，相对于传统合金而言，相同浇铸温度条件下，具有更高的流动性。通过相关实验最终优化得到相应的优化的合金成分，得到组织为共晶组织的合金成分，最终设计了一种具有共晶组织的中熵合金成分。采用真空感应熔炼并结合重力浇铸的方法制备了一种新型低成本轻质高强共晶中熵合金。本专利技术设计的制备方法为常规制备方法——感应熔炼法，制备工艺简单。附图说明图1为本专利技术所设计合金Al80Mg10Zn2Cu2Si5Li1轻质高强高熵合金的扫描电镜(SEM)照片。图2为本专利技术实施例Al80Mg10Zn2Cu2Si5Li1轻质高强高熵合金的压缩应力-应变曲线图。具体实施方式实施例本实例所制备的轻质高强含Li共晶高熵合金的分子式为Al80Mg10Zn2Cu2Si5Li1，具体制备步骤如下：将工业级纯铝及Mg-20Li中间合金剪成小块，用砂轮机打磨去除氧化皮，将高纯(99.9)颗粒原料Mg、Zn、Cu、Si按预先计算的质量放在电子天平上称重，称重误差在±0.3％范围内，原料总质量为150g。然后将配好的原料依次放入石墨坩埚中，抽真空，用机械泵抽真空至20Pa，再充入保护用高纯氩气至0.3MPa。随后进行感应加热，待合金熔化后，保温20-30min，以确保加入的合金元素扩散均匀，熔炼温度控制在700-850℃。最后关闭感应加热电源，将合金熔体浇铸到直径为30mm的钢模中，得到合金铸锭。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金，其特征在于，合金的分子式为Al80Mg10Cu2Zn2Si5Li1，其中各个合金元素均为摩尔比。

【技术特征摘要】
1.一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金，其特征在于，合金的分子式为Al80Mg10Cu2Zn2Si5Li1，其中各个合金元素均为摩尔比。2.如权利要求1所述含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1).将准备好的合金原料利用砂轮机去除表面氧化层，利用电子天平将各成分原料称重；(2).将称好的原料放入石墨坩埚中，并置于感应线圈中，抽真空至20Pa，通入保护气至0.3MPa；(3).利用高频感应装置加热，待合金溶化后，保温；(4).关闭电源，将合金浇铸到钢模中，得到合金铸锭。3.根据权利要求2所述含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金的制备方法，其特征在于步骤(1)所述合金原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，李亚耸，李蕊轩，张冰冰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11