專利名稱：鎂鋁硅－鋰稀土合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑用鋁鎂硅-鋰稀土合金及其制備方法。屬于鋁-鎂合金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋁合金有航空航天、汽車用鋁-鋰合金和建筑用鋁-鎂合金等。
鋰的原子序數(shù)為3，密度0.53g/cm3，是金屬中最輕的。鋁-鋰合金(Al-Li-Cu-Zr系合金)含有1％～2％的鋰，可使合金密度降低5％～6％，剛性增加13％，比鋼性增加15％～20％。鋁-鋰合金比鋼性、比強(qiáng)度大，尤其顯著提高了鋁-鎂合金在鋁含量較高時(shí)的合金耐腐蝕性能，特別引人注目的是比鋼性較其他硬鋁合金系、鈦合金、鋼鐵材料的高，這對(duì)要求高鋼性的結(jié)構(gòu)材料來說是非常合適的。在航空航天、汽車和領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。但是由于鋰元素極為活潑，在大氣中極易氧化甚至燃燒，與氫的結(jié)合力也極強(qiáng)，并且容易與爐襯材料發(fā)生反應(yīng)，侵蝕坩堝，形成的大量夾渣卷入鑄錠中。同時(shí)熔鑄過程中鋰本身極易偏析，鑄造時(shí)用水冷卻還有爆炸的危險(xiǎn)，因此合金的生產(chǎn)難度很大，鋁鋰合金根本不能按常規(guī)方法熔煉鑄造。
但是由于建筑用鋁-鎂合金通常采用擠壓成形加工，要求合金有較高的流動(dòng)性和鑄造性能，從鑄造性能和力學(xué)性能考慮，最常用的鑄造鎂合金是含Al達(dá)9％的AZ91型鎂合金(其主成分范圍是Al8.5-9.5％；Mn0.17-0.4％；Zn0.45-0.9％；Si＜0.05％；雜質(zhì)＜0.01％)。從壓鑄成形高成品率所要求的合金高流動(dòng)性和鑄造性能考慮合金的含Al量越高越好，所以鎂合金的含Al量要求≥9％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)鎂鋁合金的耐蝕性需求，提供Li含量在1-2％的高Al含量范圍內(nèi)，耐蝕鎂鋁硅-鋰稀土合金及其制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鎂鋁硅-鋰稀土合金，其特征在于其組成為含有以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素Al10-11.5、Mn0.1-1.0、La0.1-0.8、Li1-2、Ce0.1-0.8、Pr0.05-0.3、Zn0.1-0.5、Sr0.2-1.5、Si0.08-0.1，上述鎂合金的剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成，其原料為Mg、Al、Zn、Li和Si采用工業(yè)純金屬，Mn采用Al-Mn中間合金，La、Pr、Ce采用稀土含量為15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce和Mg-富LaPrCe的中間合金，Sr采用工業(yè)純Sr，且Mg-富LaPrCe中間合金中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。
該鎂合金中不可避免的雜質(zhì)元素主要是Cu、Fe、Ni。其含量為Cu≤0.004％；Ni≤0.002％；Fe≤0.004％。
鎂鋁硅-鋰稀土合金的制備方法，該方法的具體工藝過程為在保護(hù)氣氛CO2∶N2＝1.3-1.7∶1的熔煉爐中，先熔化Mg、Al、Li和Si，待Mg、Al、Li和Si熔化后，再加入Mg-La、Mg-Pr、Mg-Ce和Mg-LaPrCe的中間合金，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，熔煉溫度為700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升溫至740℃±10℃，靜置30±10分鐘，然后使合金液溫度降至710℃±10℃，扒渣，鑄錠或壓鑄。
本發(fā)明提供的合金具有優(yōu)良的耐蝕性能，其鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率為0.1毫克/厘米2·天左右。(見表1)a、鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率合金的耐蝕性采用通用的鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率測(cè)定。合金在5％NaCl的鹽霧，35℃下腐蝕100小時(shí)后，測(cè)定腐蝕前后的失重計(jì)算腐蝕率。本發(fā)明提供的合金與對(duì)比合金AZ91(Mg-9Al)和Mg-9Al-1Re合金的腐蝕率如表上所示。
b、電化學(xué)交流阻抗測(cè)定電化學(xué)交流阻抗測(cè)定的極化電阻Rp值代表腐蝕阻力(其倒數(shù)即為腐蝕率)，Rp值越大，表示合金越耐腐蝕。本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比合金的Rp值如表2所示。
表1.本發(fā)明實(shí)施例提供的合金與對(duì)比合金Mg-9Al和Mg-9Al-1Re(Re為Ce含量約為50％的混合稀土)在5％NaCl 35℃鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率。

表2.本發(fā)明提供的鎂鋁合金與對(duì)比合金電化學(xué)阻抗測(cè)定的Rp值

從表2可以看出本發(fā)明提供的合金的Rp值明顯高于對(duì)比的AZ91合金(Mg-9Al)。因此本發(fā)明提供的合金具有更強(qiáng)的耐蝕性。
因此，本發(fā)明提供的合金的耐蝕性顯著超過通用的AZ91合金，它是具有優(yōu)異耐蝕性的Mg-Al合金。
此外，本發(fā)明提供的合金和對(duì)比合金(AZ91)的機(jī)械性能如表3所示。
表3.本發(fā)明提供的合金和對(duì)比合金(AZ91)的機(jī)械性能

因此，本發(fā)明提供的高鋁含量鋰鋁合金與AZ-91等鎂合金對(duì)比具有極好的耐蝕性。
(本發(fā)明與傳統(tǒng)的-Al-Li-Cu-Zr系合金相比，疲勞極限提高8％，名義門檻值提高30％，本征門檻值提高50％，拉伸塑性提高1/3～1/2，斷裂韌性提高20MPa/m，持久壽命提高2倍。)
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，但本發(fā)明決非僅局限于實(shí)施例。
實(shí)施例1合金配制成分(質(zhì)量百分比)為Al11％，La0.8％，Ce0.8％，Li1.4％，Pr0.30％，Mn0.5％，Zn0.4％，Sr1.5％，Si0.08％。不可避免的雜質(zhì)元素限制為Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，F(xiàn)e≤0.004％，其余為Mg。采用工業(yè)純Mg，工業(yè)純Al，工業(yè)純Li，工業(yè)純Si，Mg-LaPrCe中間合金(LaPrCe的總量占20％，其中La∶Ce∶Pr＝6∶3∶1)，Mg-Ce中間合金(Ce20％)，Mg-Pr中間合金(Pr10％)，Al-Mn中間合金，工業(yè)純鋅，金屬Sr，按上述成分配制合金。在保護(hù)氣氛(CO2∶N2＝150∶100)中鎂合金熔煉爐中，先熔化Mg、Al、Li和Si，待Mg、Al、Li和Si熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，待合金元素全部熔化后，(約為710℃)，升溫，至730℃，靜置30分鐘，控制溫度不超過750℃，然后使合金液溫度降至710℃左右，扒渣，鑄錠或壓鑄。進(jìn)行鑄錠時(shí)，合金的澆注溫度為680-720℃。進(jìn)行壓鑄時(shí)，將合金液溫度控制在690～710℃進(jìn)行高壓鑄造成鎂合金制品。本實(shí)施例合金在5％NaCl鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率為0.05毫克/厘米2·天，其室溫抗拉強(qiáng)度為276MPa，延伸率為9％，沖擊韌性為6J。
實(shí)施例2合金配制成分(質(zhì)量百分比)為Al11.5％，La0.8％，Ce0.8％，Li1.8％，Pr0.30％，Mn0.5％，Zn0.4％，Sr0.08％，Si0.08％。不可避免的雜質(zhì)元素限制為Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，F(xiàn)e≤0.004％，其余為Mg。采用工業(yè)純Mg，工業(yè)純Al，工業(yè)純Li，工業(yè)純Si，Mg-LaPrCe中間合金(LaPrCe的總量占20％，其中La∶Ce∶Pr＝6∶3∶1)，Mg-Ce中間合金(Ce20％)，Mg-Pr中間合金(Pr10％)，Al-Mn中間合金，工業(yè)純鋅，金屬Sr，按上述成分配制合金。在保護(hù)氣氛(CO2∶N2＝150∶100)中鎂合金熔煉爐中，先熔化Mg、Al、Li和Si，待Mg、Al、Li和Si熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，待合金元素全部熔化后，(約為710℃)，升溫，至730℃，靜置30分鐘，控制溫度不超過750℃，然后使合金液溫度降至710℃左右，扒渣，鑄錠或壓鑄。進(jìn)行鑄錠時(shí)，合金的澆注溫度為680-720℃。進(jìn)行壓鑄時(shí)，將合金液溫度控制在690～710℃進(jìn)行高壓鑄造成鎂合金制品。本實(shí)施例合金在5％NaCl鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率為0.03毫克/厘米2·天，其室溫抗拉強(qiáng)度為283MPa，延伸率為8％，沖擊韌性為7J。
權(quán)利要求
1.一種鎂鋁硅-鋰稀土合金，其特征在于其組成為含有以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素Al10-11.5、Mn0.1-1.0、La0.1-0.8、Li1-2、Ce0.1-0.8、Pr0.05-0.3、Zn0.1-0.5、Sr0.2-1.5、Si0.08-0.1，上述鎂合金的剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成，其原料為Mg、Al、Zn、Li和Si采用工業(yè)純金屬，Mn采用Al-Mn中間合金，La、Pr、Ce采用稀土含量為15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce和Mg-富LaPrCe的中間合金，Sr采用工業(yè)純Sr，且Mg-富LaPrCe中間合金中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鎂鋁硅-鋰稀土合金的制備方法，其特征在于該方法的具體工藝過程為在保護(hù)氣氛CO2∶N2＝1.3-1.7∶1的熔煉爐中，先熔化Mg、Al、Li和Si，待Mg、Al、Li和Si熔化后，再加入Mg-La、Mg-Pr、Mg-Ce和Mg-LaPrCe的中間合金，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，熔煉溫度為700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升溫至740℃±10℃，靜置30±10分鐘，然后使合金液溫度降至710℃±10℃，扒渣，鑄錠或壓鑄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鎂鋁硅-鋰稀土合金的制備方法，其特征在于進(jìn)行鑄錠時(shí)，合金的澆注溫度為680-720℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鎂鋁硅-鋰稀土合金的制備方法，其特征在于進(jìn)行壓鑄時(shí)，合金液溫度控制在700℃±20℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的一種鎂鋁硅-鋰稀土合金的制備方法，其特征在于熔煉爐爐體材料使用多晶體耐高溫纖維制品壓制而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂鋁硅－鋰稀土合金，其組成為含有以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素Al10－11.5、Mn0.1－1.0、La0.1－0.8、Li1－2、Ce0.1－0.8、Pr0.05－0.3、Zn0.1－0.5、Sr0.2－1.5、Si0.08－0.1，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，其原料為Mn采用Al－Mn中間合金，La、Pr、Ce采用稀土含量為15－25％的Mg－富La，Mg－富Pr，Mg－富Ce和Mg－富LaPrCe的中間合金，且Mg－富LaPrCe中間合金中La∶Ce∶Pr＝5.5－6.5∶2.5－3.5∶1。該方法的具體工藝過程為在保護(hù)氣氛CO
文檔編號(hào)B22D11/18GK1876872SQ20061008809
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者陳繼忠 申請(qǐng)人:陳繼忠