專利名稱：一種含Sn細晶鎂鋰錫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型鎂合金材料，特別涉及一種含Sn的具有細小晶粒的鎂鋰合金及 其制備方法。
技術(shù)背景
隨著交通運輸工具降低能耗和環(huán)境保護要求的增強，以及電子工業(yè)和宇航 技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)低密度、高強度的金屬結(jié)構(gòu)材料十分迫切。Mg-Li合金是目前最輕的金屬 結(jié)構(gòu)材料，是發(fā)展超輕高強度合金最具潛力的合金系之一，近年來成為國內(nèi)外研究的焦點。 Mg-Li合金不僅具有高比強度、高沖擊韌性、良好切削加工性，還具有良好的磁屏蔽、減震性 能及抗高能粒子穿透能力，因此受到了宇航、兵器、電子等領(lǐng)域廣泛重視。
LA141是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的Mg-Li-Al系合金牌號。Al是Mg-Li合金 中最常見的合金化元素，可以使基體合金產(chǎn)生固溶強化和時效強化，Mg-Li合金力學性能 得到了改善。Mg-Li-Al系合金中Li含量小于5. 7wt%時，雖然該合金為密排六方結(jié)構(gòu)，但 Li可以降低軸比，可顯著改善塑性；但Li含量超過5. 7wt%，該合金中存在體心立方結(jié)構(gòu)的 β (Li)相，合金的塑性大幅度提高。但是，由于Mg-Li合金化學性質(zhì)活潑，當前的主要熔 鑄方式為模鑄，因此，其鑄態(tài)組織粗大，強度較低。而且，Mg-Li-Al合金中不可避免的含有 MgLi2Al金屬間化合物，該化合物在低溫甚至室溫下進行時效時將分解為AlLi或MgLiAl2 金屬間化合物，這兩種化合物對基體基本沒有強化效果，從而使該合金的強度降低，導致低 溫過時效現(xiàn)象。因此，Mg-Li-Al合金的時效穩(wěn)定性差，具有過時效現(xiàn)象，在一定程度上制 約了 Mg-Li合金的發(fā)展。為了提高Mg-Li合金的強度，擴大其應(yīng)用范圍，通常采用的方法 主要有多元合金化、復(fù)合材料強化等。但這樣制備的合金的延伸率大幅度降低，使合金的 后續(xù)加工性能惡化。因此，多元合金化以及復(fù)合材料強化在很大程度上是以大幅度犧牲塑 性為代價來提高鎂鋰合金的強度，而優(yōu)異的塑性正是鎂鋰合金的顯著特點?？焖倌桃环?末冶金可顯著細化晶粒，提高塑性和強度，但成本太高，工業(yè)化推廣價值不高。Q. Xiang等 研究了 Mg-5Li-3Al-2Zn-(0. 5-2. 0)Sn (Journal of Alloys and Compounds 477 (2009) 832-835)，但該合金的基本結(jié)構(gòu)是密排六方，含有較多的Al和Si元素，屬于多元合金化，導 致合金的塑性較差。同時，合金中存在大量的MgLi2Al化合物，存在顯著的過時效現(xiàn)象
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含Sn的Mg-Li-Sn合 金材料，解決現(xiàn)有Mg-Li合金塑性和強度存在的矛盾。
實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是該含Sn細晶鎂鋰錫合金材料是由純鎂、純鋰、純錫 熔煉而成的，合金各組分的質(zhì)量百分含量為Li :10-15%;Sn :1. 0-5. 0%;不可避免雜質(zhì)元素 ^0. 30% ；其余部分為Mg。
本發(fā)明較好的技術(shù)方案是一種含Sn細晶鎂鋰錫合金，其特征在于由Mg、Li、Sn和 不可避免雜質(zhì)組成，其各組分的質(zhì)量百分含量為Li :14. 0^411:3.5%;不可避免雜質(zhì)元素 ^0. 30% ；其余部分為Mg。
本發(fā)明不可避免雜質(zhì)元素為Mn、狗、Si、Ni、Cu、Na其總量彡0. 30%。
本發(fā)明的制備方法包括將Sn加入到鎂鋰合金中，該合金由純鎂、純鋰、純錫熔煉 而成，其純度均在99. 90%以上。熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加 量一起放入不銹鋼或剛玉坩堝中。熔煉之前將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣。然后開始 熔煉，待合金完全熔化后，保溫靜置20分鐘。靜置過程中，感應(yīng)熔煉爐的電磁攪拌作用可使 合金成分均勻。然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，直到合金完全凝固，然后將坩堝取出，得到鑄 態(tài)鎂鋰錫合金。整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
按照國家標準，牌號為LA141是指含鋰量為13. 0-15.0%、含鋁量為1.0-1. 5%的 鎂鋰合金，這類材料鑄態(tài)組織粗大，強度較低，具有過時效現(xiàn)象。
本發(fā)明中，加入的Sn起到三方面的作用，一是Sn與Mg、Li反應(yīng)生成MgLi2Sn,它與 鎂鋰錫合金中的β "Li相具有很好的晶體學匹配關(guān)系，因此在凝固過程中具有顯著細化鎂 鋰合金組織的作用；二，該化合物在時效過程中能夠穩(wěn)定存在，不會發(fā)生分解，因此，還可起 到第二相強化的作用；三是部分未反應(yīng)的Sn可固溶到β-Li基體中，起到固溶強化的作用。 因此，加入Sn后，鎂鋰錫合金鑄錠的顯微組織比較細小均勻，強度和塑性增加，后續(xù)加工性 能良好，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。同時，避免了含鋁鎂鋰合金的過時效問題。
說明書附1是LA141合金的鑄態(tài)組織圖； 圖2是Mg-14Li-3. 5Sn合金的鑄態(tài)組織圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明做進一步的說明，應(yīng)理解的是，這些實施例是用于說明 本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對本發(fā)明制備方法的簡單改進，都 屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
用下列配方及熔煉方法，即可得到本發(fā)明所述的添加Sn的鎂鋰合金材料 實施例1 采用下述配方(質(zhì)量百分比)Mg 82. 20% ；Li 14. 0% ；Sn :3. 5% ；Mn、Fe、Si、Ni、Cu和Na合計小于0. 30%，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加量 一起放入不銹鋼坩堝中。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣，然后開始熔煉，待 合金完全熔化后，保溫靜置20分鐘，然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，待合金完全凝固后，將坩 堝取出，得到鑄態(tài)合金。需要指出的是，整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
利用截線法對所得鎂鋰合金的晶粒尺寸進行測量，得到其平均晶粒尺寸為 700 m。采用本方法制成的新型鎂鋰錫合金，其鑄態(tài)晶粒尺寸為700 m(圖幻，顯著低于同 狀態(tài)下的LA141合金1750 m (

圖1)。
實施例2 采用下述配方(質(zhì)量百分比)Mg 86. 70%;Li :12. 0%;Sn :1. 0%;Mn、Fe、 Si、Ni、Cu、Na小于0. 30%，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加量一起放入不銹鋼坩堝中。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣，然后開始熔煉，待合 金完全熔化后，保溫靜置20分鐘，使加入的原料充分合金化，然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源， 直到合金完全凝固，將坩堝取出，得到鑄態(tài)合金。需要指出的是，整個熔煉過程均處于氬氣 保護狀態(tài)下。
利用截線法對所得鎂鋰合金的晶粒尺寸進行測量，得到其平均晶粒尺寸為 750 m。
實施例3 采用下述配方(質(zhì)量百分比)Mg 86. 70%;Li :10. 0%;Sn :3. 0%;Mn、Fe、 Si、Ni、Cu、Na小于0. 30%，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加量一 起放入不銹鋼坩堝中。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣，然后開始熔煉，待合 金完全熔化后，保溫靜置20分鐘，然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，待合金完全凝固后，將坩堝 取出，得到鑄態(tài)合金。需要指出的是，整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
利用截線法對所得鎂鋰合金的晶粒尺寸進行測量，得到其平均晶粒尺寸為 800 mo
實施例4 采用下述配方(質(zhì)量百分比)Mg 82. 70%;Li :13. 0%;Sn :4. 0%;Mn、Fe、 Si、Ni、Cu、Na小于0. 30%，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加量一 起放入不銹鋼坩堝中。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣，然后開始熔煉，待合 金完全熔化后，保溫靜置20分鐘，然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，待合金完全凝固后，將坩堝 取出，得到鑄態(tài)合金。需要指出的是，整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
利用截線法對所得鎂鋰合金的晶粒尺寸進行測量，得到其平均晶粒尺寸為 820 m。
實施例5 采用下述配方(質(zhì)量百分比)Mg 80. 20%;Li :15. 0%;Sn :4. 5%;Mn、Fe、 Si、Ni、Cu、Na小于0. 30%，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加量一 起放入不銹鋼坩堝中。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣，然后開始熔煉，待合 金完全熔化后，保溫靜置20分鐘，然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，待合金完全凝固后，將坩堝 取出，得到鑄態(tài)合金。需要指出的是，整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
利用截線法對所得鎂鋰合金的晶粒尺寸進行測量，得到其平均晶粒尺寸為 860 mo
實施例6 采用下述配方(質(zhì)量百分比)Mg 80. 70%;Li :14. 0%;Sn :5. 0%;Mn、Fe、 Si、Ni、Cu、Na小于0. 30%，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，將各種組分按照對應(yīng)添加量一 起放入不銹鋼坩堝中。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣，然后開始熔煉，待合 金完全熔化后，保溫靜置20分鐘，然后切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，待合金完全凝固后，將坩堝 取出，得到鑄態(tài)合金。需要指出的是，整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
利用截線法對所得鎂鋰合金的晶粒尺寸進行測量，得到其平均晶粒尺寸為 900 mo
本發(fā)明Mg-Li-Sn合金的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方，鑄態(tài)組織細小，具有良好的強度和 塑性，后續(xù)加工性能良好。
權(quán)利要求
1.一種含Sn細晶鎂鋰錫合金，其特征在于，該鎂鋰合金材料是由純鎂、純鋰、純錫熔 煉而成，合金各組分的質(zhì)量百分含量為Li :10-15% ；Sn 1. 0-5.0% ；不可避免雜質(zhì)元素 ^0. 30% ；其余部分為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含Sn細晶鎂鋰錫合金，其特征在于，其各組分的質(zhì)量百分含 量為Li :14. 0% ；Sn 3. 5% ；不可避免雜質(zhì)元素彡0. 30% ；其余部分為Mg。
3.如權(quán)利要求1或2所述含Sn細晶鎂鋰錫合金的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟首先，將各種組分按照相應(yīng)添加量一起放入不銹鋼或剛玉坩堝中，將坩堝放入感應(yīng)熔煉 爐中；熔煉之前將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再通入氬氣至常壓；然后，開始加熱，待合金完全熔化后，在720°C保溫靜置20分鐘；最后，切斷感應(yīng)熔煉爐的電源，直到合金完全凝固，然后將坩堝取出，得到鑄態(tài)鎂鋰錫 合金；整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含Sn細晶鎂鋰錫合金，由Mg、Li、Sn和不可避免雜質(zhì)組成，其各組分的質(zhì)量百分含量為Li10-15％；Sn1.0-5.0％；不可避免雜質(zhì)元素≤0.30％；其余部分為Mg。本發(fā)明的制備方法包括，將Sn加入到鎂鋰合金中熔煉而成，熔煉在真空感應(yīng)熔煉爐中進行，然后開始熔煉，待合金完全熔化后，保溫靜置20分鐘；直到合金完全凝固，得到鑄態(tài)鎂鋰錫合金。整個熔煉過程均處于氬氣保護狀態(tài)下。本發(fā)明通過加入Sn后，鎂鋰錫合金鑄錠的顯微組織比較細小均勻，強度和塑性增加，后續(xù)加工性能良好，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。同時，避免了含鋁鎂鋰合金的過時效問題。
文檔編號C22C23/00GK102031432SQ201010600729
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者彭建, 李紅成, 潘復(fù)生, 蔣斌 申請人:重慶市科學技術(shù)研究院