一種鎂鋰合金及其制備方法
【專利摘要】一種鎂鋰合金，其各組分的重量百分比為：Li：8wt%-10wt%，Zn：0.8wt%-1.5wt%，In：0.15wt%-1.5wt%，余量包含Mg，含或不含雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種上述鎂鋰合金的制備方法。通過對現(xiàn)有鎂鋰合金中添加金屬元素銦，能夠達(dá)到細(xì)化晶粒，改善合金組織的作用；經(jīng)力學(xué)性能測試，本發(fā)明的鎂鋰合金具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，有利于在室溫下沖壓成型，從而更加滿足實際生產(chǎn)及應(yīng)用的需求。
【專利說明】一種鎂鋰合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，涉及一種鎂鋰合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂及鎂合金是21世紀(jì)輕量化材料，鎂合金因其具有比重輕，比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性、切削加工性和鑄造性好，另外還具有電磁屏蔽能力強(qiáng)、資源豐富和容易回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，其開發(fā)和應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，成為了“最年輕”的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。其應(yīng)用在航空航天、汽車、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件上，可以明顯減輕重量、節(jié)省燃油消耗。
[0003]鎂為密排六方結(jié)構(gòu),變形能力差,冷加工工藝十分困難。向鎂(Mg)中加入金屬元素鋰(Li)，鋰是立方晶體結(jié)構(gòu)，鋰的加入能降低鎂晶格(密排六方)的軸比甚至使合金由立方晶格β相組成，從而極大地提高了鎂鋰合金的塑形，使合金能夠在室溫下加工成形。
[0004]鎂鋰合金引起了材料研究者的大量關(guān)注，當(dāng)前，國際上獲得工業(yè)應(yīng)用的鎂鋰合金主要有三種牌號(ΜΑ21、ΜΑ18和LA141)，這三種合金的強(qiáng)度均不高(ΜΑ21強(qiáng)度最高，為240MPa)，因此鎂鋰合金強(qiáng)度較低也同樣是人們需要解決的一個重要問題，開發(fā)低鋰含量、高強(qiáng)度的鎂鋰合金對于拓展超輕鎂鋰合金的應(yīng)用范圍具有重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的鎂鋰合金的強(qiáng)度低，綜合力學(xué)性能差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鎂鋰合金。
[0006]本發(fā)明的鎂鋰合金，各組分的重量百分比為:Li:8 wt%-10 wt%，Zn:0.8wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含 Mg,含或不含雜質(zhì)。
[0007]優(yōu)選地,所述In的含量為0.5wt%-l.2wt%,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)In含量在此范圍內(nèi)時,所制得的合金表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能。
[0008]優(yōu)選地,所述In的含量為0.8wt%。
[0009]本發(fā)明還提供了一種鎂鋰合金制品的制備方法，包括以下步驟:a、將配方量的金屬原料裝入熔煉爐內(nèi)；b、將熔煉爐抽真空后通入保護(hù)氣體；c、對金屬原料進(jìn)行熔煉；d、將熔煉后的鎂鋰合金熔體澆鑄到模具中，成型后脫模，得到鎂鋰合金鑄棒；e、將步驟d中的鎂鋰合金鑄棒進(jìn)行擠壓，得到鎂鋰合金制品；所述鎂鋰合金制品中各組分的重量百分比為:Li:8 wt%-10 wt%,Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含Mg,含或不含雜質(zhì)。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟a中還要在熔煉爐中加入覆蓋劑；裝料時先向熔煉爐中加入覆蓋劑，然后依次加入金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂和覆蓋劑。
[0011]優(yōu)選地，所述覆蓋劑為LiCl和LiF的混合物，其中LiCl與LiF的質(zhì)量比為3:1，且覆蓋劑的加入量為加入熔煉爐中的金屬質(zhì)量的10%~30%。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟b具體為裝料完畢后封閉熔煉爐并對爐內(nèi)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5_20Pa時，關(guān)閉真空閥，打開保護(hù)氣體閥向爐內(nèi)充入保護(hù)氣體，當(dāng)真空度達(dá)到5.0X 105Pa-8.0XlO5Pa時，關(guān)閉保護(hù)氣體繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5_20Pa時，關(guān)閉真空閥并打開保護(hù)氣體閥繼續(xù)充保護(hù)氣體，當(dāng)真空度達(dá)到8.0X 105Pa-9.5 X IO5Pa時，停止充保護(hù)氣體。
[0013]優(yōu)選地，所述熔煉為感應(yīng)熔煉，所述感應(yīng)電流為14.1-16A，熔煉后保溫5_15min。
[0014]優(yōu)選地，所述澆鑄在680-720°C的溫度下進(jìn)行。
[0015]本發(fā)明通過在現(xiàn)有鎂鋰合金中添加金屬元素銦，可以使α相球化和細(xì)化，有效的提高了合金的強(qiáng)度，同時增加了合金體系中的β相，提高了合金的塑性，有利于在室溫下沖壓成型，從而使鎂鋰合金更能滿足實際生產(chǎn)及應(yīng)用的要求。發(fā)明人通過大量實驗研究發(fā)現(xiàn)，金屬元素銦的添加可在鎂鋰合金中形成顆粒狀的金屬間化合物，這些細(xì)小的化合物使合金的枝晶基體斷裂，組織細(xì)化，α相變小，同時起到固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的作用，大大提高了鎂鋰合金的力學(xué)性能。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，添加金屬元素銦后在熔煉過程中銦可以與雜質(zhì)元素Fe形成高密度的化合物，該化合物的密度比合金熔體的密度大，沉積在熔體底部，減少了合金中雜質(zhì)元素Fe的含量，從而提高了合金的耐腐蝕性。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明的發(fā)明人在長期的鎂合金研究中，意外的發(fā)現(xiàn)通過在現(xiàn)有鎂鋰系合金中添加一定量的In元素，顯著提高了鎂鋰合金的力學(xué)性能。據(jù)此，本發(fā)明提供了一種鎂鋰合金，其各組分的重量百分比為:Li:8 wt%-10 wt%, Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含Mg,含或不含雜質(zhì)。
[0017]為了制備成分合格，雜質(zhì)含量低，質(zhì)量優(yōu)良的鎂鋰合金，有效降低鎂鋰合金的熔煉成本，提高熔煉效率，本發(fā)明提供了一種鎂鋰合金的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉技術(shù)，并采用LiCl/LiF覆蓋劑覆蓋在鎂鋰合金熔體上，進(jìn)一步保護(hù)熔煉過程，避免金屬鋰與鎂元素的燒損。
[0018]具體制備工藝包括如下步驟:
a、將備好配方量的金屬原料裝入熔煉爐內(nèi):
所述金屬原料為含鋰99.9wt%以上的純鋰錠、含鋅99.9wt%以上的純鋅錠、含銦99.9wt%以上的純銦錠和含鎂99.9wt%以上的純鎂錠。同時需要加入LiCl/LiF覆蓋劑，其中LiCl與LiF的質(zhì)量比為3:1，覆蓋劑的用量為爐料金屬質(zhì)量的10%~30%。裝料順序為先將準(zhǔn)備好的LiCl/LiF覆蓋劑加入到低碳鋼坩堝熔煉爐里，然后依次加入金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂以及LiCl/LiF覆蓋劑，同時裝料時間應(yīng)控制在Imin之內(nèi)。
[0019]b、將熔煉爐抽真空后通入保護(hù)氣體:
裝料完畢后，迅速蓋上爐蓋進(jìn)行抽真空處理；當(dāng)真空度達(dá)到5~20Pa時，關(guān)閉真空閥，打開氬氣閥進(jìn)行沖氬氣，當(dāng)真空度達(dá)到5.0X IO5Pal OX IO5Pa時，關(guān)閉氬氣閥，打開真空閥，繼續(xù)抽真空；當(dāng)真空度達(dá)到5~20Pa時，然后關(guān)閉真空閥，打開氬氣閥進(jìn)行沖氬氣，而當(dāng)真空度達(dá)到8.0 X IO5Pa~9.5 X IO5Pa時，關(guān)閉氬氣閥。
[0020]C、對金屬原料進(jìn)行熔煉:
熔煉爐內(nèi)所需氬氣量滿足要求后，進(jìn)行感應(yīng)熔煉；感應(yīng)熔煉過程中的感應(yīng)電流控制在14.1A^16A左右，加熱過程控制沒有金屬蒸汽產(chǎn)生，直至將金屬全部熔化，并且保溫5^15min使其混合均勻。[0021]d、將熔煉后的鎂鋰合金熔體澆鑄到模具中，成型后脫模，得到鎂鋰合金鑄棒: 澆注的條件為:在680-720°C的溫度下。
[0022]e、最后將熔煉出的鑄棒進(jìn)行擠壓，擠壓出所需要的產(chǎn)品。
[0023]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]實施例1:
本發(fā)明實施例1的鎂鋰合金的制備方法，包括下述步驟:
1、裝料:將準(zhǔn)備好的原料:純鎂、純鋰、純鋅、純銦(純度均>99.9wt%)及LiCl/LiF (質(zhì)量比為3:1)覆蓋劑，按順序依次放入坩堝內(nèi)，放入順序為LiCl/LiF (質(zhì)量比為3:1)覆蓋劑、金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂及LiCl/LiF (質(zhì)量比為3:1)覆蓋劑；
2、抽真空及熔煉:當(dāng)裝料完畢后，迅速蓋上爐蓋進(jìn)行抽真空處理；當(dāng)真空度達(dá)到IOPa時，然后關(guān)閉真空閥，打開氬氣閥進(jìn)行沖氬氣，而當(dāng)真空度達(dá)到7.0X IO5Pa時，關(guān)閉氬氣閥，打開真空閥，繼續(xù)抽真空；當(dāng)真空度達(dá)到5Pa時，然后關(guān)閉真空閥，打開氬氣閥進(jìn)行充氬氣，而當(dāng)真空度達(dá)到9.0X IO5Pa時，關(guān)閉氬氣閥。然后進(jìn)行感應(yīng)熔煉，在整個熔煉過程中，感應(yīng)電流控制在14.1A，同時要持續(xù)從觀察窗中觀察金屬熔體的熔化情況，發(fā)現(xiàn)有金屬蒸汽揮發(fā)，應(yīng)迅速停止加熱，總之要保證加熱過程控制在沒有金屬蒸汽產(chǎn)生，直至將金屬全部熔化，并且保溫5min使其混合均勻，待溫度控制在700°C進(jìn)行澆鑄，最終制得鎂鋰合金鑄棒。
[0025]3、擠壓:根據(jù)擠壓工藝要求，先將鎂鋰合金鑄棒進(jìn)行10-12Η的均勻化退火處理，并將擠壓模具預(yù)熱至35(T450°C的條件下，在擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓棒材，其中擠壓溫度控制在30(T450°C之間，擠壓比控制在10:1-100:1之間，而擠壓速度控制在5m/mirT20m/min之間，這樣得到擠壓棒材Al。
[0026]實施例2:
原料以及制備方法與實施例1相同，不同之處僅在于，純銦的添加量為0.5wt%，制得鎂鋰合金擠壓棒A2。
[0027]實施例3:
原料以及制備方法與實施例1相同，不同之處僅在于，純銦的添加量為0.8wt%，制得鎂鋰合金擠壓棒A3。
[0028]實施例4:
原料以及制備方法與實施例1相同，不同之處僅在于，純銦的添加量為1.2wt%，制得鎂鋰合金擠壓棒A4。
[0029]實施例5:
原料以及制備方法與實施例1相同，不同之處僅在于，純銦的添加量為1.5wt%，制得鎂鋰合金擠壓棒A5。
[0030]對比例1:
對比例I用于說明沒有添加純銦的鎂鋰合金性能，其余與實施例1相同，制得鎂鋰合金擠壓棒BI。
[0031]性能測試:
將上述實施例1-5制備的鎂鋰合金擠壓棒A1-A5以及對比例I制備的鎂鋰合金鑄棒BI分別進(jìn)行化學(xué)成分檢測(ICP測試)、力學(xué)性能測試(通過萬能力學(xué)試驗機(jī)測試)，所得到的鎂鋰合金的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表1，力學(xué)性能測試結(jié)果見表2。[0032]表1 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)wt%)
【權(quán)利要求】
1.一種鎂鋰合金，其特征在于，所述鎂鋰合金中各組分的重量百分比為:L1:8 Wt%-10wt%, Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含 Mg,含或不含雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金，其特征在于，所述In的含量為0.5wt%-l.2wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰合金，其特征在于，所述In的含量為0.8wt%。
4.一種鎂鋰合金制品的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:a、將配方量的金屬原料裝入熔煉爐內(nèi)；b、將熔煉爐抽真空后通入保護(hù)氣體；c、對金屬原料進(jìn)行熔煉；d、將熔煉后的鎂鋰合金熔體澆鑄到模具中，成型后脫模，得到鎂鋰合金鑄棒；e、將步驟d中的鎂鋰合金鑄棒進(jìn)行擠壓，得到鎂鋰合金制品；所述鎂鋰合金制品中各組分的重量百分比為:Li:8wt%-10 wt%, Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含 Mg,含或不含雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述鎂鋰合金制品中 In 的含量為 0.5wt%-l.2wt%0
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述In的含量為0.8wt%0
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述步驟a中還要在熔煉爐中加入覆蓋劑；裝料時先向熔煉爐中加入覆蓋劑，然后依次加入金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂和覆蓋劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述覆蓋劑為LiCl和LiF的混合物，其中LiCl與LiF的質(zhì)量比為3:1，且覆蓋劑的加入量為加入熔煉爐中的金屬質(zhì)量的10%~30%。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述步驟b具體為:裝料完畢后封閉熔煉爐并對爐內(nèi)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5-20Pa時，關(guān)閉真空閥，打開保護(hù)氣體閥向爐內(nèi)充入保護(hù)氣體，當(dāng)真空度達(dá)到5.0X 105Pa-8.0X IO5Pa時，關(guān)閉保護(hù)氣體繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5-20Pa時，關(guān)閉真空閥并打開保護(hù)氣體閥繼續(xù)充保護(hù)氣體，當(dāng)真空度達(dá)到8.0X 105Pa-9.5 X IO5Pa時，停止充保護(hù)氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述熔煉為感應(yīng)熔煉，所述感應(yīng)電流為14.1-16A，熔煉后保溫5-15min。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述澆鑄在680-720°C的溫度下進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂鋰合金制品的制造方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體為惰性氣體。
【文檔編號】C22C1/02GK103834838SQ201210489661
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】李紹青 申請人:比亞迪股份有限公司