一种镁锂合金的制作方法
专利名称：一种镁锂合金的制作方法
技术领域：
本发明属于镁合金技术领域，尤其涉及一种镁锂合金。
背景技术：
镁锂合金是ー种新型合金，其轻如塑料而坚如金属，可变形(可锻性)比其他镁合金好，而且镁锂合金具有良好的减震性能和抗高能粒子穿透能力，因此在通讯电子エ业、军エ和航天工业等领域具有很广阔的发展前景。目前，镁锂合金的强度较低，且时效稳定性和耐腐蚀性差，制约了镁锂合金的发展；而针对这些缺陷，通常采用合金化法来提高合金性能。最常用的增强元素为Al、Zn以及稀土等強化元素，尽管Al是强化效果较好的元素，但是随着Al量的増加，Al与Mg反应所产生的Mg17Al12相数量増加；从而会大幅度降低合金的塑性，尽管随着Al量的増加可以产生时效强化特性，但更容易产生过时效现象，井随着Al量的増加，过时效出现时间提前，由于过时效产生的性能下降相对增加，从而造成镁锂合金材料的強度差、刚性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是镁锂合金材料強度差、刚性差，提供一种高强度、高刚性的镁锂合金。—种高强度的镁锂合金，其包括如下组份及含量8-12 wt %的Li,6-8 wt %的Al,1-3 wt % 的 Zn，0. 0ト0. 2 wt % 的 Ca，0. 0ト0. 2 wt % 的 Mn，ト2 wt % 的 Sc，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。本发明的第二个目的是提供上述镁锂合金的制备方法。一种镁锂合金的制备方法；包括如下步骤
(1)称取按照比例称取镁源、锂源、铝源、锌源、钙源、锰源、钪源；
(2)熔炼将步骤(I)的合金原料，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入保护气至latm，在800-810°C下熔炼；
(3)浇铸将步骤(2)的合金液在保护气的保护环境下浇注得到铸态镁合金；
(4)热处理将所述铸态镁合金在300-350°C下保持21 27h进行均匀化热处理，然后在200-300°C条件下进行挤压或轧制。本发明提供的Mg-L1-Al-Zn体系的镁锂合金，不仅强度高，刚性高，而且稳定性好，耐腐蚀性好。
具体实施例为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的镁锂合金，按重量百分比其组成为8-12 wt %的Li，6-8 wt %的Al，1-3 wt % 的 Zn，0. 0ト0. 2 wt % 的 Ca，0. 0ト0. 2 wt % 的 Mn，ト2 wt % 的 Sc，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Ol wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。 更加优选的镁锂合金其组分及含量为8-10 Wt %的Li，6-8 Wt %的Al，1-3 wt %的Zn，0. 1-0.2 wt %的Ca，0. 1-0.2 wt %的Mn，1-2 wt %的 Sc，余量为Mg ;杂质元素Cu〈0. 01wt %，Fe<0.005 wt %，Ni<0.005 wt %。本发明提供的镁锂合金中还含有第二稀土元素，本发明对第二稀土的种类不做特殊要求；优选地，第二稀土元素可以为钇、镧、铈、镨、钕和钷中的ー种或几种。优选地，以Sc和第二稀土元素的总质量为基准，第二稀土元素的含量为4飞Wt % ；更加优选地，第二稀土元素的含量为5 wt %。
·
本发明提供的镁锂合金，优选地，其抗拉强度为Ob=200_300MPa，屈服强度为O s=150-260MPa，延伸率为 8 =17-65%，密度为1. 31-1. 60g/cm3。本发明人意外发现，在制备镁锂合金的过程中，微量的Ca和Mn元素，可以与Mg和Al形成金属化合物Mg2Ca和Al2Ca,能够抑制强化相Mg17Al12的非连续沉淀,促进强化相Mg17Al12的连续沉淀继续进行，从而阻碍晶界滑移，提高合金的強度；同时可以减轻金属熔体和铸件热处理过程中的氧化。而Sc,能够与Al和Mg形成弥散相Al3Sc和MgSc,通过弥散強化抑制晶界滑移，从而提高合金的強度。本发明的第二个目的是提供上述镁锂合金的制备方法。一种镁锂合金的制备方法包括如下步骤
(1)称取按照比例称取镁源、锂源、铝源、锌源、钙源、锰源、钪源；
(2)熔炼将步骤(I)的合金原料，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入保护气至latm，在800-810°C下熔炼；
(3)浇铸将步骤(2)的合金液在保护气的保护环境下浇注得到铸态镁合金；
(4)热处理将所述铸态镁合金在300-350°C下保持27h进行均匀化热处理，然后在200-300°C条件下进行挤压或轧制。本发明提供的镁锂合金的制备方法，其中各元素源都是在充满保护气的真空环境下熔炼的；优选地，保护气为氩气。本发明对各种元素源不做特殊要求，只要能提供所需的元素的纯金属单质或者含其的合金即可。本发明的各元素源优选为镁源为エ业纯镁锭；锂源为锂合金；铝源为エ业纯铝锭；锌源为エ业纯锌锭；钙源为钙合金；锰源为锰合金；钪源为钪合金。更优选的各元素源为锂源为镁锂中间合金；钙源为镁钙中间合金；锰源为铝锰中间合金。以下结合具体实施例对本发明作进ー步的阐述。实施例1 :
镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li为12 wt %，A1为6 wt %，Zn为I wt %，钙为
0.01 wt %，Mn 为 0. 01 wt %，Sc 为 Iwt %，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. 01 wt %，Fe<0. 005wt %，Ni〈0.005 wt %0镁锂合金的制备方法，如下步骤
(I)称取按照上述比例分别称取エ业纯镁锭、镁锂中间合金、エ业纯铝锭、エ业纯锌锭、镁钙中间合金、铝锰中间合金、钪合金；(2)熔炼将步骤(I)的合金原料表面去污后，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入氩气至latm，并在805°C下熔炼；
(3)浇铸将步骤(2)的合金液在氩气的保护环境下浇注到涂有こ炔的铜模具中，得到铸态镁合金；
(4)热处理将所述铸态镁合金在325°C下保持24h进行均匀化热处理，然后在250°C恒温的条件下进行挤压或轧制；从而得到变形态镁锂合金Hl。实施例2
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 8 wt %，Al 为 7 wt %，Zn 为 3 wt %，Ca 为 0. 2 wt %，Mn 为 0. 2 wt %，Sc 为 2 wt%，余量为 Mg ;控制杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。得到镁锂合金H2。实施例3
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 10 wt %，Al 为 8 wt %，Zn 为 2 wt %，钙为 0.1 wt %，Mn 为 0. 2 wt %，Sc 为 Iwt%，余量为 Mg ;控制杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。得到镁锂合金H3。实施例4
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 10 wt%, Al 为 6 wt %，Zn 为 2 wt %，Ca 为 0. 2wt %，Mn 为 0. Olwt %，Sc 为 I wt%，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Olwt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。得到镁锂合金H4。对比例1:
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 12 wt %，A1 为 6 wt %，Zn 为 I wt %，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Olwt %,Fe<0. 005wt %，Ni〈0.005 wt %0得到镁锂合金BI。对比例2
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 10 wt %，A1 为 6 wt %，Zn 为 2 wt %，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Olwt %,Fe<0. 005wt %，Ni<0.005 wt %。得到镁锂合金B2。性能测试
对H1-H4以及B1-B2镁锂合金采用电子万能力学试验机进行抗拉强度、屈服强度以及延伸率性能测试，采用阿基米德法测试其密度。测试结果见表1:
权利要求
1.一种镁锂合金，其特征在于其包括如下组分及含量8-12 Wt %的1^，6-8 Wt %的Al, 1-3 wt % 的 Zn，O. 01-0. 2 wt % 的 Ca，O. 01-0. 2 wt % 的 Mn，1-2 wt % 的 Sc，余量为 Mg;杂质元素 Cu〈0.01 wt %, Fe<0. 005 wt %, Ni<0. 005 wt %。
2.如权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于其包括如下组分及含量8-10wt %的Li,6-8 wt % 的 Al,1-3 wt % 的 Zn,O. 1-0. 2 wt % 的 Ca,O. 1-0. 2 wt % 的 Mn,1-2 wt % 的Sc，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %, Ni<0. 005 wt %。
3.如权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于所述镁锂合金中还含有第二稀土元素，所述第二稀土元素为钇、镧、铈、镨、钕或钷中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的镁锂合金，其特征在于以Sc和第二稀土元素的总质量为基准，所述第二稀土元素的含量为4飞wt %。
5.如权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于所述镁锂合金的抗拉强度为σ b=200-300MPa,所述镁锂合金的屈服强度为σ s=150_260MPa，所述镁锂合金的延伸率为δ =17-65%，所属镁锂合金的密度为1. 31-1. 60g/cm3。
6.一种如权利要求1所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)称取按照比例称取镁源、锂源、铝源、锌源、钙源、锰源、钪源； (2)熔炼将步骤(I)的合金原料，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入保护气至latm，在800-810°C下熔炼； (3)浇铸将步骤(2)的合金液在保护气的保护环境下浇注得到铸态镁合金； (4)热处理将所述铸态镁合金在300-35(TC下保持2广27h进行均匀化热处理，然后在200-300°C条件下进行挤压或轧制。
7.如权利要求6所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于所述保护气为氩气。
8.如权利要求6所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于所述镁源为工业纯镁锭；所述锂源为锂合金；所述铝源为工业纯铝锭；所述锌源为工业纯锌锭；所述钙源为钙合金；所述锰源为锰合金；所述钪源为钪合金。
全文摘要
本发明公开了一种镁锂合金，其组分及含量为8-12wt%的Li，6-8wt%的Al，1-3wt%的Zn，0.01-0.2wt%的Ca，0.01-0.2wt%的Mn，1-2wt%的Sc，余量为Mg；杂质元素Cu<0.01wt%，Fe<0.005wt%，Ni<0.005wt%。本发明在加入常用的Al、Zn的基础上，加入了Ca、Mn及含有Sc的RE，Al是合金的主要强化元素，Zn也是合金的强化元素，同时改变合金的塑性，而且还可以阻碍强化相Mg17Al12的非连续沉淀，从而阻碍晶界滑移，提高合金的强度。
文档编号C22F1/06GK103031474SQ201110291999
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者施发满, 高宽, 王长振, 朱俊虹 申请人:比亚迪股份有限公司
技术领域：
本发明属于镁合金技术领域，尤其涉及一种镁锂合金。
背景技术：
镁锂合金是ー种新型合金，其轻如塑料而坚如金属，可变形(可锻性)比其他镁合金好，而且镁锂合金具有良好的减震性能和抗高能粒子穿透能力，因此在通讯电子エ业、军エ和航天工业等领域具有很广阔的发展前景。目前，镁锂合金的强度较低，且时效稳定性和耐腐蚀性差，制约了镁锂合金的发展；而针对这些缺陷，通常采用合金化法来提高合金性能。最常用的增强元素为Al、Zn以及稀土等強化元素，尽管Al是强化效果较好的元素，但是随着Al量的増加，Al与Mg反应所产生的Mg17Al12相数量増加；从而会大幅度降低合金的塑性，尽管随着Al量的増加可以产生时效强化特性，但更容易产生过时效现象，井随着Al量的増加，过时效出现时间提前，由于过时效产生的性能下降相对增加，从而造成镁锂合金材料的強度差、刚性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是镁锂合金材料強度差、刚性差，提供一种高强度、高刚性的镁锂合金。—种高强度的镁锂合金，其包括如下组份及含量8-12 wt %的Li,6-8 wt %的Al,1-3 wt % 的 Zn，0. 0ト0. 2 wt % 的 Ca，0. 0ト0. 2 wt % 的 Mn，ト2 wt % 的 Sc，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。本发明的第二个目的是提供上述镁锂合金的制备方法。一种镁锂合金的制备方法；包括如下步骤
(1)称取按照比例称取镁源、锂源、铝源、锌源、钙源、锰源、钪源；
(2)熔炼将步骤(I)的合金原料，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入保护气至latm，在800-810°C下熔炼；
(3)浇铸将步骤(2)的合金液在保护气的保护环境下浇注得到铸态镁合金；
(4)热处理将所述铸态镁合金在300-350°C下保持21 27h进行均匀化热处理，然后在200-300°C条件下进行挤压或轧制。本发明提供的Mg-L1-Al-Zn体系的镁锂合金，不仅强度高，刚性高，而且稳定性好，耐腐蚀性好。
具体实施例为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的镁锂合金，按重量百分比其组成为8-12 wt %的Li，6-8 wt %的Al，1-3 wt % 的 Zn，0. 0ト0. 2 wt % 的 Ca，0. 0ト0. 2 wt % 的 Mn，ト2 wt % 的 Sc，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Ol wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。 更加优选的镁锂合金其组分及含量为8-10 Wt %的Li，6-8 Wt %的Al，1-3 wt %的Zn，0. 1-0.2 wt %的Ca，0. 1-0.2 wt %的Mn，1-2 wt %的 Sc，余量为Mg ;杂质元素Cu〈0. 01wt %，Fe<0.005 wt %，Ni<0.005 wt %。本发明提供的镁锂合金中还含有第二稀土元素，本发明对第二稀土的种类不做特殊要求；优选地，第二稀土元素可以为钇、镧、铈、镨、钕和钷中的ー种或几种。优选地，以Sc和第二稀土元素的总质量为基准，第二稀土元素的含量为4飞Wt % ；更加优选地，第二稀土元素的含量为5 wt %。
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本发明提供的镁锂合金，优选地，其抗拉强度为Ob=200_300MPa，屈服强度为O s=150-260MPa，延伸率为 8 =17-65%，密度为1. 31-1. 60g/cm3。本发明人意外发现，在制备镁锂合金的过程中，微量的Ca和Mn元素，可以与Mg和Al形成金属化合物Mg2Ca和Al2Ca,能够抑制强化相Mg17Al12的非连续沉淀,促进强化相Mg17Al12的连续沉淀继续进行，从而阻碍晶界滑移，提高合金的強度；同时可以减轻金属熔体和铸件热处理过程中的氧化。而Sc,能够与Al和Mg形成弥散相Al3Sc和MgSc,通过弥散強化抑制晶界滑移，从而提高合金的強度。本发明的第二个目的是提供上述镁锂合金的制备方法。一种镁锂合金的制备方法包括如下步骤
(1)称取按照比例称取镁源、锂源、铝源、锌源、钙源、锰源、钪源；
(2)熔炼将步骤(I)的合金原料，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入保护气至latm，在800-810°C下熔炼；
(3)浇铸将步骤(2)的合金液在保护气的保护环境下浇注得到铸态镁合金；
(4)热处理将所述铸态镁合金在300-350°C下保持27h进行均匀化热处理，然后在200-300°C条件下进行挤压或轧制。本发明提供的镁锂合金的制备方法，其中各元素源都是在充满保护气的真空环境下熔炼的；优选地，保护气为氩气。本发明对各种元素源不做特殊要求，只要能提供所需的元素的纯金属单质或者含其的合金即可。本发明的各元素源优选为镁源为エ业纯镁锭；锂源为锂合金；铝源为エ业纯铝锭；锌源为エ业纯锌锭；钙源为钙合金；锰源为锰合金；钪源为钪合金。更优选的各元素源为锂源为镁锂中间合金；钙源为镁钙中间合金；锰源为铝锰中间合金。以下结合具体实施例对本发明作进ー步的阐述。实施例1 :
镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li为12 wt %，A1为6 wt %，Zn为I wt %，钙为
0.01 wt %，Mn 为 0. 01 wt %，Sc 为 Iwt %，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. 01 wt %，Fe<0. 005wt %，Ni〈0.005 wt %0镁锂合金的制备方法，如下步骤
(I)称取按照上述比例分别称取エ业纯镁锭、镁锂中间合金、エ业纯铝锭、エ业纯锌锭、镁钙中间合金、铝锰中间合金、钪合金；(2)熔炼将步骤(I)的合金原料表面去污后，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入氩气至latm，并在805°C下熔炼；
(3)浇铸将步骤(2)的合金液在氩气的保护环境下浇注到涂有こ炔的铜模具中，得到铸态镁合金；
(4)热处理将所述铸态镁合金在325°C下保持24h进行均匀化热处理，然后在250°C恒温的条件下进行挤压或轧制；从而得到变形态镁锂合金Hl。实施例2
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 8 wt %，Al 为 7 wt %，Zn 为 3 wt %，Ca 为 0. 2 wt %，Mn 为 0. 2 wt %，Sc 为 2 wt%，余量为 Mg ;控制杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。得到镁锂合金H2。实施例3
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 10 wt %，Al 为 8 wt %，Zn 为 2 wt %，钙为 0.1 wt %，Mn 为 0. 2 wt %，Sc 为 Iwt%，余量为 Mg ;控制杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。得到镁锂合金H3。实施例4
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 10 wt%, Al 为 6 wt %，Zn 为 2 wt %，Ca 为 0. 2wt %，Mn 为 0. Olwt %，Sc 为 I wt%，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Olwt %, Fe<0. 005 wt %，Ni〈0. 005 wt %。得到镁锂合金H4。对比例1:
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 12 wt %，A1 为 6 wt %，Zn 为 I wt %，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Olwt %,Fe<0. 005wt %，Ni〈0.005 wt %0得到镁锂合金BI。对比例2
其它实验条件同实施例1，与实施例1不同的是镁锂合金的组成成分及其质量百分比Li 为 10 wt %，A1 为 6 wt %，Zn 为 2 wt %，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. Olwt %,Fe<0. 005wt %，Ni<0.005 wt %。得到镁锂合金B2。性能测试
对H1-H4以及B1-B2镁锂合金采用电子万能力学试验机进行抗拉强度、屈服强度以及延伸率性能测试，采用阿基米德法测试其密度。测试结果见表1:
权利要求
1.一种镁锂合金，其特征在于其包括如下组分及含量8-12 Wt %的1^，6-8 Wt %的Al, 1-3 wt % 的 Zn，O. 01-0. 2 wt % 的 Ca，O. 01-0. 2 wt % 的 Mn，1-2 wt % 的 Sc，余量为 Mg;杂质元素 Cu〈0.01 wt %, Fe<0. 005 wt %, Ni<0. 005 wt %。
2.如权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于其包括如下组分及含量8-10wt %的Li,6-8 wt % 的 Al,1-3 wt % 的 Zn,O. 1-0. 2 wt % 的 Ca,O. 1-0. 2 wt % 的 Mn,1-2 wt % 的Sc，余量为 Mg ;杂质元素 Cu〈0. 01 wt %, Fe<0. 005 wt %, Ni<0. 005 wt %。
3.如权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于所述镁锂合金中还含有第二稀土元素，所述第二稀土元素为钇、镧、铈、镨、钕或钷中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的镁锂合金，其特征在于以Sc和第二稀土元素的总质量为基准，所述第二稀土元素的含量为4飞wt %。
5.如权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于所述镁锂合金的抗拉强度为σ b=200-300MPa,所述镁锂合金的屈服强度为σ s=150_260MPa，所述镁锂合金的延伸率为δ =17-65%，所属镁锂合金的密度为1. 31-1. 60g/cm3。
6.一种如权利要求1所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)称取按照比例称取镁源、锂源、铝源、锌源、钙源、锰源、钪源； (2)熔炼将步骤(I)的合金原料，投入真空感应炉中，将感应炉抽至真空后充入保护气至latm，在800-810°C下熔炼； (3)浇铸将步骤(2)的合金液在保护气的保护环境下浇注得到铸态镁合金； (4)热处理将所述铸态镁合金在300-35(TC下保持2广27h进行均匀化热处理，然后在200-300°C条件下进行挤压或轧制。
7.如权利要求6所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于所述保护气为氩气。
8.如权利要求6所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于所述镁源为工业纯镁锭；所述锂源为锂合金；所述铝源为工业纯铝锭；所述锌源为工业纯锌锭；所述钙源为钙合金；所述锰源为锰合金；所述钪源为钪合金。
全文摘要
本发明公开了一种镁锂合金，其组分及含量为8-12wt%的Li，6-8wt%的Al，1-3wt%的Zn，0.01-0.2wt%的Ca，0.01-0.2wt%的Mn，1-2wt%的Sc，余量为Mg；杂质元素Cu<0.01wt%，Fe<0.005wt%，Ni<0.005wt%。本发明在加入常用的Al、Zn的基础上，加入了Ca、Mn及含有Sc的RE，Al是合金的主要强化元素，Zn也是合金的强化元素，同时改变合金的塑性，而且还可以阻碍强化相Mg17Al12的非连续沉淀，从而阻碍晶界滑移，提高合金的强度。
文档编号C22F1/06GK103031474SQ201110291999
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者施发满, 高宽, 王长振, 朱俊虹 申请人:比亚迪股份有限公司
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