一种含Sn超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种含Sn超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金及其制备方法，属于金属材料镁合金的技术领域。所述含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金由以下质量百分比的成分组成：Li：5.5

【技术实现步骤摘要】
一种含Sn超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料镁合金的
，涉及一种含Sn超轻高强高模耐腐蚀双相镁锂合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代科学技术的快速发展，对超轻高强金属结构材料的需求日益增加，镁锂合金作为目前最轻的金属材料，具有低密度、高比强度和比刚度的特性，在军事、航空航天等对轻量化结构材料具有较高要求的领域具有广阔的应用前景。
[0003]按照重量百分比，当锂添加量小于5.7wt.％时，镁锂合金主要由单相(α
‑
Mg)组成，因α
‑
Mg相为滑移系数较少的密排六方结构(HCP)，变形加工性较差；当锂含量大于10.3wt.％时，镁锂合金主要由单相(β
‑
Li)组成，因β
‑
Li相具有体心立方结构，相比α
‑
Mg具有较多的滑移系数，但是其强度低。因此，当锂添加量介于5.7wt.％～10.3wt.％之间时，镁锂合金主要由双相(α
‑
Mg和β
‑
Li)组成，其中α
‑
Mg相可以提供较高的强度，β
‑
Li可以弥补α
‑
Mg相较少的滑移系数，提升镁锂合金的变形加工性能。因此，α+β双相镁锂合金除具有一般镁合金的优势之外，因其独特的晶体结构而具有较好的低温力学性能和塑性变形加工性，如LZ91、LAZ933、LA91等，备受科学家的广泛关注。
[0004]然而，这些双相镁锂合金的工程应用仍较少，因其存在绝对强度低(屈服强度为100～120MPa，抗拉强度为150～180MPa)，弹性模量低(低于50GPa)，耐腐蚀性差(因含有活泼性较高的锂元素)等缺陷，无法满足实际工程应用中对高性能材料的需求。因此，要进一步扩大双相镁锂合金的使用范围和市场容纳量，急需研究具有超轻高强双相耐腐蚀镁锂合金具有重要意义。
[0005]现阶段，国际上主要通过合金化、热处理、塑性变形以及制备相关复合材料等手段不断提升镁锂合金的强度、模量以及耐腐蚀性等综合性能。但是，依然存在较多的不足之处：且不具备在保证超轻的基础上，同时提升镁锂合金的强度、模量和耐腐蚀性。
[0006]现阶段关于存在缺陷的镁锂合金成分含量选择以及制备方法研究很多，具体如下：
[0007]中国专利CN 108642357 B公开了一种含Nd的铸造超轻镁锂合金及其制备方法，其成分质量百分比为：Li：11～16％，Al：2～7％，Y：0.1～2％，Mn：0.5～1.5％，Nd：0～1％，余量为Mg及杂质，抗拉强度最高可达到235MPa，仍无法满足工业需求。且镁锂合金在熔炼过程中充入了含氟的SF2和CO2保护气氛，会对环境和人类造成危害。
[0008]中国专利CN 113430436 B公开了一种低密度高弹性模量铸态双相镁锂合金及其制备方法，其通过引入准晶相(I
‑
phase)获得了具有高模量的镁锂合金，其模量值小于50GPa，远低于可替代铝合金材料的模量值(65GPa)，还有望提升镁锂合金的弹性模量，推动超轻镁锂合金的工程化应用。
[0009]中国专利CN 113528911 B公开了抗时效高强韧耐腐蚀双相镁锂合金及其制备方法，其通过“真空熔铸、挤压变形加工、热轧处理和搅拌摩擦处理”相结合的制备工艺获得镁
锂合金。该制备方法虽获得高强耐腐蚀镁锂合金，但是其生产成本较高，制备过程繁琐且需要对铸锭进行二次加热变形。
[0010]中国专利CN 109022985 B公开了一种高强度、高塑性双相(α+β相)镁锂合金材料及其制备方法，其合金成分中重稀土元素的含量为6.0～9.0wt.％，通过引入长周期结构相和热挤压提升合金的强度。该合金存在因中金属元素过多造成合金密度较大和铸造合金成分偏析的缺陷，且引入长周期结构相未能协同提升合金的强度和模量，不利于镁锂合金的轻量化发展，增加生产成本。
[0011]中国专利CN 106947901 B公开了一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法，其通过在镁锂合金基体中引入高模量的增强颗粒获得了高模量镁锂合金。该方法存在增强颗粒与基体不相容性的问题，界面结合不佳，容易引起脆性断裂，降低合金的强度。同时，熔炼过程中难以保证增强体均匀分布，形成团簇。
[0012]另外，因镁和锂元素为活性金属，镁锂合金在熔炼过程易挥发、收得率低、以及工艺复杂也限制了镁锂合金的推广。
[0013]有鉴于此，如何解决制约镁锂合金工程应用的瓶颈问题(强度低、模量低和耐腐蚀性差)，开发具有超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金则是需关注的方面。

技术实现思路

[0014]为了解决上述技术存在的不足和缺点，本专利技术的目的在于提供一种含Sn超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金及其制备方法，通过合理的选择合金元素的含量和配比、真空熔炼和热处理等工艺相结合协同获得高强度、耐腐蚀、高模量、质量稳定、高纯净、低密度的含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金。
[0015]本专利技术提供如下技术方案：
[0016]一种含Sn超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金，所述含Sn的超轻高强高模双相镁锂合金由以下质量百分比的成分组成：Li：5.5
‑
10.7wt.％，Al：0.5
‑
5wt.％，Zn：0.5
‑
3.8wt.％，Y：0.5
‑
5wt.％，Gd：0.05
‑
3.5wt.％，Mn：0.05
‑
2.5wt.％，Sn：0.01
‑
3.5wt.％，杂质总量小于0.05wt.％，余量为Mg。
[0017]优选地，所述含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金由以下质量百分比的成分组成：Li：6
‑
10wt.％，Al：0.5
‑
4wt.％，Zn：0.5
‑
3.8wt.％，Y：1
‑
4wt.％，Gd：0.05
‑
2.5wt.％，Mn：0.05
‑
1.5wt.％，Sn：0.01
‑
2.5wt.％，杂质总量小于0.05wt.％，余量为Mg。
[0018]该含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金通过合理选择合金元素以及控制Li元素含量和配比，使得镁锂合金基体中存在α
‑
Mg和β
‑
Li两相基体相，通过α
‑
Mg相提升了合金的强度，通过β
‑
Li相提升合金的塑性和延伸率。同时镁锂合金通过多元合金化形成了细小弥散的高模量第二相，提升了合金的强度和模量。其中，添加Al和Zn等合金元素不仅能起到固溶强化效果，同时也能Li元素形成高模量的相(MgLi2Al和MgLi2Zn)。镁锂合金中添加具有高溶解度的Sn、Gd、Y等稀土元素不仅能起到固溶强化和细化晶粒的效果，而且能够与Al元素形成高温稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含Sn超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金，其特征在于，所述含Sn的超轻高强高模双相镁锂合金由以下质量百分比的成分组成：Li：5.5
‑
10.7wt.％，Al：0.5
‑
5wt.％，Zn：0.5
‑
3.8wt.％，Y：0.5
‑
5wt.％，Gd：0.05
‑
3.5wt.％，Mn：0.05
‑
2.5wt.％，Sn：0.01
‑
3.5wt.％，杂质总量小于0.05wt.％，余量为Mg。2.根据权利要求1所述含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金，其特征在于，含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金的组织结构主要为α
‑
Mg，β
‑
Li，Al2Y，Al2Gd，Al8Mn5，AlLi，Mg2Sn，AlLi，Mg Li2Al，MgLi2Zn，其中的α
‑
Mg相占比为35
‑
85％，β相占比为35
‑
85％，α相+β相的总占比不超过94％。3.根据权利要求1所述含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金，其特征在于，所述含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金性能：密度为1.35
‑
1.75g/cm3，抗拉强度为280
‑
400MPa，屈服强度为200
‑
320MPa，延伸率为18
‑
35％，弹性模量为65
‑
75GPa，腐蚀电流密度为0.5～4μA
·
cm
–2，质量损失速率为：0.05～0.5mg
·
cm
–2·
day
–1，合金表面宏观表现为均匀腐蚀。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、原料准备阶段按照所述含Sn的超轻高强高模双相耐腐蚀镁锂合金中选定合金成分的质量百分比选取纯Mg、纯Al、纯Zn、纯Sn、纯Li、Mg
‑
Gd中间合金、Mg
‑
Y中间合金和Mg
‑
Mn中间合金作为原料进行配料，然后，将上述原料进行烘干；S2、真空熔炼阶段将步骤S1中烘干的原料按照熔点及易挥发程度等因素放入真空熔炼铸造炉中，并打开冷却循环系统，开始抽真空，待真空度达到10
‑3Pa以下时，通入保护气体，至炉内压力达到0.1MPa以上；之后设置熔炼炉升温功率，开始加热熔炼，待温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊升，田光元，苏辉，杨兴海，薛程鹏，李星星，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：