一種鎂鋰合金及其製備方法
2023-07-24 00:25:01 1
一種鎂鋰合金及其製備方法
【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%，餘量包含Mg，含或不含雜質。本發明還提供了一種上述鎂鋰合金的製備方法。通過對現有鎂鋰合金中添加金屬元素銦，能夠達到細化晶粒，改善合金組織的作用；經力學性能測試，本發明的鎂鋰合金具有優良的綜合力學性能，有利於在室溫下衝壓成型，從而更加滿足實際生產及應用的需求。
【專利說明】一種鎂鋰合金及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬材料【技術領域】，更具體的說，涉及一種鎂鋰合金及其製備方法。
【背景技術】
[0002]鎂及鎂合金是21世紀輕量化材料，鎂合金因其具有比重輕，比強度和比剛度高，阻尼性、導熱性、切削加工性和鑄造性好，另外還具有電磁屏蔽能力強、資源豐富和容易回收等一系列優點，其開發和應用受到越來越多的關注，成為了「最年輕」的金屬結構材料之一。其應用在航空航天、汽車、交通運輸等領域的結構件上，可以明顯減輕重量、節省燃油消耗。
[0003]鎂為密排六方結構,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)，鋰是立方晶體結構，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注，當前，國際上獲得工業應用的鎂鋰合金主要有三種牌號(ΜΑ21、ΜΑ18和LA141)，這三種合金的強度均不高(ΜΑ21強度最高，為240MPa)，因此鎂鋰合金強度較低也同樣是人們需要解決的一個重要問題，開發低鋰含量、高強度的鎂鋰合金對於拓展超輕鎂鋰合金的應用範圍具有重要的意義。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術中的鎂鋰合金的強度低，綜合力學性能差的技術問題，本發明提供了一種鎂鋰合金。
[0006]本發明的鎂鋰合金，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%,餘量包含 Mg,含或不含雜質。
[0007]優選地,所述In的含量為0.5wt%-l.2wt%,發明人發現當In含量在此範圍內時,所製得的合金表現出更好的力學性能。
[0008]優選地,所述In的含量為0.8wt%。
[0009]本發明還提供了一種鎂鋰合金製品的製備方法，包括以下步驟:a、將配方量的金屬原料裝入熔煉爐內；b、將熔煉爐抽真空後通入保護氣體；c、對金屬原料進行熔煉；d、將熔煉後的鎂鋰合金熔體澆鑄到模具中，成型後脫模，得到鎂鋰合金鑄棒；e、將步驟d中的鎂鋰合金鑄棒進行擠壓，得到鎂鋰合金製品；所述鎂鋰合金製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%,餘量包含Mg,含或不含雜質。
[0010]優選地，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，然後依次加入金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂和覆蓋劑。
[0011]優選地，所述覆蓋劑為LiCl和LiF的混合物，其中LiCl與LiF的質量比為3:1，且覆蓋劑的加入量為加入熔煉爐中的金屬質量的10%~30%。
[0012]優選地，所述步驟b具體為裝料完畢後封閉熔煉爐並對爐內抽真空，當真空度達到5_20Pa時，關閉真空閥，打開保護氣體閥向爐內充入保護氣體，當真空度達到5.0X 105Pa-8.0XlO5Pa時，關閉保護氣體繼續抽真空，當真空度達到5_20Pa時，關閉真空閥並打開保護氣體閥繼續充保護氣體，當真空度達到8.0X 105Pa-9.5 X IO5Pa時，停止充保護氣體。
[0013]優選地，所述熔煉為感應熔煉，所述感應電流為14.1-16A，熔煉後保溫5_15min。
[0014]優選地，所述澆鑄在680-720°C的溫度下進行。
[0015]本發明通過在現有鎂鋰合金中添加金屬元素銦，可以使α相球化和細化，有效的提高了合金的強度，同時增加了合金體系中的β相，提高了合金的塑性，有利於在室溫下衝壓成型，從而使鎂鋰合金更能滿足實際生產及應用的要求。發明人通過大量實驗研究發現，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，這些細小的化合物使合金的枝晶基體斷裂，組織細化，α相變小，同時起到固溶強化和細晶強化的作用，大大提高了鎂鋰合金的力學性能。發明人還發現，添加金屬元素銦後在熔煉過程中銦可以與雜質元素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]本發明的發明人在長期的鎂合金研究中，意外的發現通過在現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性能。據此，本發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%,餘量包含Mg,含或不含雜質。
[0017]為了製備成分合格，雜質含量低，質量優良的鎂鋰合金，有效降低鎂鋰合金的熔煉成本，提高熔煉效率，本發明提供了一種鎂鋰合金的製備方法，採用真空感應熔煉技術，並採用LiCl/LiF覆蓋劑覆蓋在鎂鋰合金熔體上，進一步保護熔煉過程，避免金屬鋰與鎂元素的燒損。
[0018]具體製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:
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的質量比為3:1，覆蓋劑的用量為爐料金屬質量的10%~30%。裝料順序為先將準備好的LiCl/LiF覆蓋劑加入到低碳鋼坩堝熔煉爐裡，然後依次加入金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂以及LiCl/LiF覆蓋劑，同時裝料時間應控制在Imin之內。
[0019]b、將熔煉爐抽真空後通入保護氣體:
裝料完畢後，迅速蓋上爐蓋進行抽真空處理；當真空度達到5~20Pa時，關閉真空閥，打開氬氣閥進行衝氬氣，當真空度達到5.0X IO5Pal OX IO5Pa時，關閉氬氣閥，打開真空閥，繼續抽真空；當真空度達到5~20Pa時，然後關閉真空閥，打開氬氣閥進行衝氬氣，而當真空度達到8.0 X IO5Pa~9.5 X IO5Pa時，關閉氬氣閥。
[0020]C、對金屬原料進行熔煉:
熔煉爐內所需氬氣量滿足要求後，進行感應熔煉；感應熔煉過程中的感應電流控制在14.1A^16A左右，加熱過程控制沒有金屬蒸汽產生，直至將金屬全部熔化，並且保溫5^15min使其混合均勻。[0021]d、將熔煉後的鎂鋰合金熔體澆鑄到模具中，成型後脫模，得到鎂鋰合金鑄棒: 澆注的條件為:在680-720°C的溫度下。
[0022]e、最後將熔煉出的鑄棒進行擠壓，擠壓出所需要的產品。
[0023]以下結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0024]實施例1:
本發明實施例1的鎂鋰合金的製備方法，包括下述步驟:
1、裝料:將準備好的原料:純鎂、純鋰、純鋅、純銦(純度均>99.9wt%)及LiCl/LiF (質量比為3:1)覆蓋劑，按順序依次放入坩堝內，放入順序為LiCl/LiF (質量比為3:1)覆蓋劑、金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂及LiCl/LiF (質量比為3:1)覆蓋劑；
2、抽真空及熔煉:當裝料完畢後，迅速蓋上爐蓋進行抽真空處理；當真空度達到IOPa時，然後關閉真空閥，打開氬氣閥進行衝氬氣，而當真空度達到7.0X IO5Pa時，關閉氬氣閥，打開真空閥，繼續抽真空；當真空度達到5Pa時，然後關閉真空閥，打開氬氣閥進行充氬氣，而當真空度達到9.0X IO5Pa時，關閉氬氣閥。然後進行感應熔煉，在整個熔煉過程中，感應電流控制在14.1A，同時要持續從觀察窗中觀察金屬熔體的熔化情況，發現有金屬蒸汽揮發，應迅速停止加熱，總之要保證加熱過程控制在沒有金屬蒸汽產生，直至將金屬全部熔化，並且保溫5min使其混合均勻，待溫度控制在700°C進行澆鑄，最終製得鎂鋰合金鑄棒。
[0025]3、擠壓:根據擠壓工藝要求，先將鎂鋰合金鑄棒進行10-12Η的均勻化退火處理，並將擠壓模具預熱至35(T450°C的條件下，在擠壓機上進行擠壓棒材，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:
原料以及製備方法與實施例1相同，不同之處僅在於，純銦的添加量為0.5wt%，製得鎂鋰合金擠壓棒A2。
[0027]實施例3:
原料以及製備方法與實施例1相同，不同之處僅在於，純銦的添加量為0.8wt%，製得鎂鋰合金擠壓棒A3。
[0028]實施例4:
原料以及製備方法與實施例1相同，不同之處僅在於，純銦的添加量為1.2wt%，製得鎂鋰合金擠壓棒A4。
[0029]實施例5:
原料以及製備方法與實施例1相同，不同之處僅在於，純銦的添加量為1.5wt%，製得鎂鋰合金擠壓棒A5。
[0030]對比例1:
對比例I用於說明沒有添加純銦的鎂鋰合金性能，其餘與實施例1相同，製得鎂鋰合金擠壓棒BI。
[0031]性能測試:
將上述實施例1-5製備的鎂鋰合金擠壓棒A1-A5以及對比例I製備的鎂鋰合金鑄棒BI分別進行化學成分檢測(ICP測試)、力學性能測試(通過萬能力學試驗機測試)，所得到的鎂鋰合金的化學成分檢測結果見表1，力學性能測試結果見表2。[0032]表1 (質量分數wt%)
【權利要求】
1.一種鎂鋰合金，其特徵在於，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%,餘量包含 Mg,含或不含雜質。
2.根據權利要求1所述的鎂鋰合金，其特徵在於，所述In的含量為0.5wt%-l.2wt%。
3.根據權利要求1所述的鎂鋰合金，其特徵在於，所述In的含量為0.8wt%。
4.一種鎂鋰合金製品的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:a、將配方量的金屬原料裝入熔煉爐內；b、將熔煉爐抽真空後通入保護氣體；c、對金屬原料進行熔煉；d、將熔煉後的鎂鋰合金熔體澆鑄到模具中，成型後脫模，得到鎂鋰合金鑄棒；e、將步驟d中的鎂鋰合金鑄棒進行擠壓，得到鎂鋰合金製品；所述鎂鋰合金製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%,餘量包含 Mg,含或不含雜質。
5.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述鎂鋰合金製品中 In 的含量為 0.5wt%-l.2wt%0
6.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述In的含量為0.8wt%0
7.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，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，然後依次加入金屬鋰、金屬銦、金屬鋅、金屬鎂和覆蓋劑。
8.根據權利要求7所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述覆蓋劑為LiCl和LiF的混合物，其中LiCl與LiF的質量比為3:1，且覆蓋劑的加入量為加入熔煉爐中的金屬質量的10%~30%。
9.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述步驟b具體為:裝料完畢後封閉熔煉爐並對爐內抽真空，當真空度達到5-20Pa時，關閉真空閥，打開保護氣體閥向爐內充入保護氣體，當真空度達到5.0X 105Pa-8.0X IO5Pa時，關閉保護氣體繼續抽真空，當真空度達到5-20Pa時，關閉真空閥並打開保護氣體閥繼續充保護氣體，當真空度達到8.0X 105Pa-9.5 X IO5Pa時，停止充保護氣體。
10.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述熔煉為感應熔煉，所述感應電流為14.1-16A，熔煉後保溫5-15min。
11.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述澆鑄在680-720°C的溫度下進行。
12.根據權利要求4所述的鎂鋰合金製品的製造方法，其特徵在於，所述保護氣體為惰性氣體。
【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 優先權日:2012年11月27日
【發明者】李紹青 申請人:比亞迪股份有限公司