一种耐热轻质镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐热轻质镁合金，以质量百分比计，其成分包括5.0～10.0％的Li，1.0～3.5％的Mn，0.5～2.0％的Sn，0.5～1.5％的Sc，0.5～1.0％的Ce，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，余量为Mg。本发明专利技术还提供了一种耐热轻质镁合金的制备方法。本发明专利技术提供的一种耐热轻质镁合金，具有良好的热稳定性，并且本发明专利技术提供的一种耐热轻质镁合金的制备方法，工艺简便易行，且易于实现批量化生产。且易于实现批量化生产。且易于实现批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热轻质镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料及冶金
，特别涉及一种耐热轻质镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金是迄今最轻的金属结构材料，密度在1.35
‑
1.65g/cm3之间，是解决航天领域卫星金属构件轻量化问题的最佳选用材料。然而，传统镁合金的强度不足，明显低于现役铝合金，难以直接实现在承载结构件上的替换应用。尤其在高温环境下镁合金的强度下降的非常明显，承载能力严重不足，因此发展耐热性能良好的镁合金是镁合金的发展方向之一。
[0003]近些年国内外在镁合金研究方面开展了大量的研究工作，现有的Mg
‑
Li合金材料中主要是含有Al、Zn和稀土元素。对于Al和Zn元素对镁合金强度尤其是高温强度提升幅度非常有限。稀土元素是提高镁合金性能有效地元素，对于轻稀土元素单独添加或组合添加对于镁合金性能有一定的提高；重稀土对镁合金性能的提升要优于轻稀土。为了提高镁合金的耐热性能，目前采用的方法主要是通过添加大量稀土或通过低稀土和高Zn组合添加来提高镁合金的耐热性能，但这种合金有的热稳定性不高、有的易时效软化，另外大量的重稀土或Zn的加入使得材料的密度也大幅度提升，这些问题的存在都极大地影响了镁合金优势的充分发挥和限制其应用领域。
[0004]因此，开发一种具有良好热稳定性的耐热镁合金材料，并可采用工艺简单、易于实施且能批量化生产的制备方法进行制备，以扩大镁合金应用领域，是当前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有良好热稳定性的耐热轻质镁合金，并且提供一种工艺简便易行且易于实现批量化生产的耐热轻质镁合金的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耐热轻质镁合金，以质量百分比计，其成分包括：5.0～10.0％的Li，1.0～3.5％的Mn，0.5～2.0％的Sn，0.5～1.5％的Sc，0.5～1.0％的Ce，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，余量为Mg。
[0007]本专利技术还提供了一种耐热轻质镁合金的制备方法，包括如下步骤：
[0008]以质量百分比计，按成分5.0～10.0％的Li，1.0～3.5％的Mn，0.5～2.0％的Sn，0.5～1.5％的Sc，0.5～1.0％的Ce，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，余量为Mg，配备原料；
[0009]用工业纯Mg锭包覆纯Li并压实，放入预热到200～350℃的熔炼炉中保温至Li在Mg中溶解扩散，然后把熔炼炉升温至650～750℃依次加入经预热的纯Sn、Mg
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Mn中间合金、Mg
‑
Sc中间合金和Mg
‑
Ce中间合金，待全部材料熔化后，搅拌混合得到合金熔体；
[0010]将合金熔体精炼脱气处理；
[0011]将熔炼炉温度控制在690～730℃对合金熔体保温静置30
‑
90min；
[0012]对合金熔体半连续铸造得到锭坯；
[0013]将锭坯均匀化处理后空冷；
[0014]将空冷后的锭坯车削；
[0015]将车削后的锭坯加热后挤压成型；
[0016]将挤压成型后的材料时效热处理，然后后空冷。
[0017]进一步地，所述用工业纯Mg锭包覆纯Li时，所述Mg锭的厚度要保证在纯Li熔化时能避免被Li熔穿。
[0018]进一步地，所述纯Sn、Mg
‑
Mn中间合金、Mg
‑
Sc中间合金和Mg
‑
Ce中间合金经预热后的温度为300～400℃；所述Mg
‑
Mn中间合金中Mn的质量百分比为5％，所述Mg
‑
Sc中间合金中Sc的质量百分比为5％，所述Mg
‑
Ce中间合金中Ce的质量百分比为25％。
[0019]进一步地，所述合金熔体精炼脱气处理采用超声驱动熔剂和惰性气体的方法，超声功率为50～4000W，处理时间15
‑
40min，熔剂为500～1000g/min的氯化锂和氟化锂混合粉末，惰性气体为0.5～2.0L/min氩气。
[0020]进一步地，所述合金熔体半连续铸造过程中采用差相双频脉冲磁场调控合金熔体的流动，相位差为60～120
°
，电流为80～180A，双频中高频率范围为50～200Hz、低频为10
‑
30Hz，脉冲的占空比为20％～80％。
[0021]进一步地，所述锭坯均匀化处理的处理温度为280～350℃，处理时间为10～18h。
[0022]进一步地，所述车削后的锭坯加热温度为300～400℃，且所述车削后的锭坯加热采用梯度加热，锭坯首尾温差控制在40
‑
70℃。
[0023]进一步地，所述锭坯挤压利用反向挤压机进行挤压，其挤压速度为1.0～5.0m/min，挤压筒预热温度为250～350℃，挤压比为10～50:1。
[0024]进一步地，所述挤压成型的材料时效热处理温度为150～225℃，保温20～50h。
[0025]本专利技术提供的一种耐热轻质镁合金，在镁合金中同时添加Mn、Sn、Sc和Ce四种组分，将Mn与Sc形成的具有强烈时效硬化效应的化合物引入到镁合金基体中，同时，Sn组分的添加可以与Li形成大量热稳定相，强化β
‑
Li基体，因此可极大提高镁合金的耐热性能。
[0026]并且，本专利技术提供的一种耐热轻质镁合金的制备方法，在熔炼前采用固态包覆混料方法完成工业纯Mg和Li的混合，然后在进行低温加热，在保证Mg不熔化的前提下使高活性低熔点的Li元素充分溶解扩散到Mg中这样可以避免Li的氧化烧损。同时，Ce组分的添加也可以在高温熔炼时降低Mg的氧化烧损，从而可极大降低镁合金熔炼困难的问题。
[0027]而且，本专利技术提供的一种耐热轻质镁合金的制备方法，工艺简单，所用设备也为常规通用设备，生产容易实现，且生产成本较低，有效解决了镁合金制备困难的问题，提高了经济效益，有利于扩大镁合金的应用领域。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例提供的耐热轻质镁合金的制备方法流程图。
具体实施方式
[0029]本专利技术实施例提供的一种耐热轻质镁合金，以质量百分比计，其成分包括：5.0～10.0％的Li，1.0～3.5％的Mn，0.5～2.0％的Sn，0.5～1.5％的Sc，0.5～1.0％的Ce，杂质元
素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，余量为Mg。
[0030]参见图1，本专利技术提供的一种耐热轻质镁合金的制备方法，包括如下步骤：
[0031]步骤1)以质量百分比计，按成分5.0～10.0％的Li，1.0～3.5％的Mn，0.5～2.0％的Sn，0.5～1.5％的Sc，0.5～1.0％的Ce，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，余量为Mg，配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热轻质镁合金，其特征在于，以质量百分比计，其成分包括：5.0～10.0％的Li，1.0～3.5％的Mn，0.5～2.0％的Sn，0.5～1.5％的Sc，0.5～1.0％的Ce，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，余量为Mg。2.一种耐热轻质镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按权利要求1所述的成分配比配备原料；用工业纯Mg锭包覆纯Li并压实，放入预热到200～350℃的熔炼炉中保温至Li在Mg中溶解扩散，然后把熔炼炉升温至650～750℃依次加入经预热的纯Sn、Mg
‑
Mn中间合金、Mg
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Sc中间合金和Mg
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Ce中间合金，待全部材料熔化后，搅拌混合得到合金熔体；将合金熔体精炼脱气处理；将熔炼炉温度控制在690～730℃对合金熔体保温静置30
‑
90min；对合金熔体半连续铸造得到锭坯；将锭坯均匀化处理后空冷；将空冷后的锭坯车削；将车削后的锭坯加热后挤压成型；将挤压成型后的材料时效热处理，然后后空冷。3.根据权利要求2所述的耐热轻质镁合金的制备方法，其特征在于：所述用工业纯Mg锭包覆纯Li时，所述Mg锭的厚度要保证在纯Li熔化时能避免被Li熔穿。4.根据权利要求2所述的耐热轻质镁合金的制备方法，其特征在于：所述纯Sn、Mg
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Mn中间合金、Mg
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Sc中间合金和Mg
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Ce中间合金经预热后的温度为300～400℃；所述Mg
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Mn中间合金中Mn的质量百分比为5％，所述Mg

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文红，张志强，赵志浩，朱庆丰，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：