专利名称：镁铝硅－锂稀土合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑用铝镁硅-锂稀土合金及其制备方法。属于铝-镁合金技术领域。
背景技术：
传统的铝合金有航空航天、汽车用铝-锂合金和建筑用铝-镁合金等。
锂的原子序数为3，密度0.53g/cm3，是金属中最轻的。铝-锂合金(Al-Li-Cu-Zr系合金)含有1％～2％的锂，可使合金密度降低5％～6％，刚性增加13％，比钢性增加15％～20％。铝-锂合金比钢性、比强度大，尤其显著提高了铝-镁合金在铝含量较高时的合金耐腐蚀性能，特别引人注目的是比钢性较其他硬铝合金系、钛合金、钢铁材料的高，这对要求高钢性的结构材料来说是非常合适的。在航空航天、汽车和领域获得了越来越广泛的应用。但是由于锂元素极为活泼，在大气中极易氧化甚至燃烧，与氢的结合力也极强，并且容易与炉衬材料发生反应，侵蚀坩埚，形成的大量夹渣卷入铸锭中。同时熔铸过程中锂本身极易偏析，铸造时用水冷却还有爆炸的危险，因此合金的生产难度很大，铝锂合金根本不能按常规方法熔炼铸造。
但是由于建筑用铝-镁合金通常采用挤压成形加工，要求合金有较高的流动性和铸造性能，从铸造性能和力学性能考虑，最常用的铸造镁合金是含Al达9％的AZ91型镁合金(其主成分范围是Al8.5-9.5％；Mn0.17-0.4％；Zn0.45-0.9％；Si＜0.05％；杂质＜0.01％)。从压铸成形高成品率所要求的合金高流动性和铸造性能考虑合金的含Al量越高越好，所以镁合金的含Al量要求≥9％。
发明内容
本发明的目的在于针对镁铝合金的耐蚀性需求，提供Li含量在1-2％的高Al含量范围内，耐蚀镁铝硅-锂稀土合金及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的一种镁铝硅-锂稀土合金，其特征在于其组成为含有以下质量百分数的元素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，上述镁合金的剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成，其原料为Mg、Al、Zn、Li和Si采用工业纯金属，Mn采用Al-Mn中间合金，La、Pr、Ce采用稀土含量为15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce和Mg-富LaPrCe的中间合金，Sr采用工业纯Sr，且Mg-富LaPrCe中间合金中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。
该镁合金中不可避免的杂质元素主要是Cu、Fe、Ni。其含量为Cu≤0.004％；Ni≤0.002％；Fe≤0.004％。
镁铝硅-锂稀土合金的制备方法，该方法的具体工艺过程为在保护气氛CO2∶N2＝1.3-1.7∶1的熔炼炉中，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的中间合金，Al-Mn中间合金和Zn，最后加入金属Sr，熔炼温度为700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升温至740℃±10℃，静置30±10分钟，然后使合金液温度降至710℃±10℃，扒渣，铸锭或压铸。
本发明提供的合金具有优良的耐蚀性能，其盐雾试验的腐蚀率为0.1毫克/厘米2·天左右。(见表1)a、盐雾试验的腐蚀率合金的耐蚀性采用通用的盐雾试验的腐蚀率测定。合金在5％NaCl的盐雾，35℃下腐蚀100小时后，测定腐蚀前后的失重计算腐蚀率。本发明提供的合金与对比合金AZ91(Mg-9Al)和Mg-9Al-1Re合金的腐蚀率如表上所示。
b、电化学交流阻抗测定电化学交流阻抗测定的极化电阻Rp值代表腐蚀阻力(其倒数即为腐蚀率)，Rp值越大，表示合金越耐腐蚀。本发明实施例与对比合金的Rp值如表2所示。
表1.本发明实施例提供的合金与对比合金Mg-9Al和Mg-9Al-1Re(Re为Ce含量约为50％的混合稀土)在5％NaCl 35℃盐雾试验的腐蚀率。
表2.本发明提供的镁铝合金与对比合金电化学阻抗测定的Rp值
从表2可以看出本发明提供的合金的Rp值明显高于对比的AZ91合金(Mg-9Al)。因此本发明提供的合金具有更强的耐蚀性。
因此，本发明提供的合金的耐蚀性显著超过通用的AZ91合金，它是具有优异耐蚀性的Mg-Al合金。
此外，本发明提供的合金和对比合金(AZ91)的机械性能如表3所示。
表3.本发明提供的合金和对比合金(AZ91)的机械性能
因此，本发明提供的高铝含量锂铝合金与AZ-91等镁合金对比具有极好的耐蚀性。
(本发明与传统的-Al-Li-Cu-Zr系合金相比，疲劳极限提高8％，名义门槛值提高30％，本征门槛值提高50％，拉伸塑性提高1/3～1/2，断裂韧性提高20MPa/m，持久寿命提高2倍。)
具体实施例方式下面通过具体实施例，进一步阐明本发明实质性特点和显著进步，但本发明决非仅局限于实施例。
实施例1合金配制成分(质量百分比)为Al11％，La0.8％，Ce0.8％，Li1.4％，Pr0.30％，Mn0.5％，Zn0.4％，Sr1.5％，Si0.08％。不可避免的杂质元素限制为Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％，其余为Mg。采用工业纯Mg，工业纯Al，工业纯Li，工业纯Si，Mg-LaPrCe中间合金(LaPrCe的总量占20％，其中La∶Ce∶Pr＝6∶3∶1)，Mg-Ce中间合金(Ce20％)，Mg-Pr中间合金(Pr10％)，Al-Mn中间合金，工业纯锌，金属Sr，按上述成分配制合金。在保护气氛(CO2∶N2＝150∶100)中镁合金熔炼炉中，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中间合金和Zn，最后加入金属Sr，待合金元素全部熔化后，(约为710℃)，升温，至730℃，静置30分钟，控制温度不超过750℃，然后使合金液温度降至710℃左右，扒渣，铸锭或压铸。进行铸锭时，合金的浇注温度为680-720℃。进行压铸时，将合金液温度控制在690～710℃进行高压铸造成镁合金制品。本实施例合金在5％NaCl盐雾试验的腐蚀率为0.05毫克/厘米2·天，其室温抗拉强度为276MPa，延伸率为9％，冲击韧性为6J。
实施例2合金配制成分(质量百分比)为Al11.5％，La0.8％，Ce0.8％，Li1.8％，Pr0.30％，Mn0.5％，Zn0.4％，Sr0.08％，Si0.08％。不可避免的杂质元素限制为Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％，其余为Mg。采用工业纯Mg，工业纯Al，工业纯Li，工业纯Si，Mg-LaPrCe中间合金(LaPrCe的总量占20％，其中La∶Ce∶Pr＝6∶3∶1)，Mg-Ce中间合金(Ce20％)，Mg-Pr中间合金(Pr10％)，Al-Mn中间合金，工业纯锌，金属Sr，按上述成分配制合金。在保护气氛(CO2∶N2＝150∶100)中镁合金熔炼炉中，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中间合金和Zn，最后加入金属Sr，待合金元素全部熔化后，(约为710℃)，升温，至730℃，静置30分钟，控制温度不超过750℃，然后使合金液温度降至710℃左右，扒渣，铸锭或压铸。进行铸锭时，合金的浇注温度为680-720℃。进行压铸时，将合金液温度控制在690～710℃进行高压铸造成镁合金制品。本实施例合金在5％NaCl盐雾试验的腐蚀率为0.03毫克/厘米2·天，其室温抗拉强度为283MPa，延伸率为8％，冲击韧性为7J。
权利要求
1.一种镁铝硅-锂稀土合金，其特征在于其组成为含有以下质量百分数的元素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，上述镁合金的剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成，其原料为Mg、Al、Zn、Li和Si采用工业纯金属，Mn采用Al-Mn中间合金，La、Pr、Ce采用稀土含量为15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce和Mg-富LaPrCe的中间合金，Sr采用工业纯Sr，且Mg-富LaPrCe中间合金中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。
2.一种如权利要求1所述的镁铝硅-锂稀土合金的制备方法，其特征在于该方法的具体工艺过程为在保护气氛CO2∶N2＝1.3-1.7∶1的熔炼炉中，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的中间合金，Al-Mn中间合金和Zn，最后加入金属Sr，熔炼温度为700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升温至740℃±10℃，静置30±10分钟，然后使合金液温度降至710℃±10℃，扒渣，铸锭或压铸。
3.根据权利要求2所述的一种镁铝硅-锂稀土合金的制备方法，其特征在于进行铸锭时，合金的浇注温度为680-720℃。
4.根据权利要求2所述的一种镁铝硅-锂稀土合金的制备方法，其特征在于进行压铸时，合金液温度控制在700℃±20℃。
5.根据权利要求2、3或4所述的一种镁铝硅-锂稀土合金的制备方法，其特征在于熔炼炉炉体材料使用多晶体耐高温纤维制品压制而成。
全文摘要
本发明涉及一种镁铝硅－锂稀土合金，其组成为含有以下质量百分数的元素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，余量为Mg和不可避免的杂质，其原料为Mn采用Al－Mn中间合金，La、Pr、Ce采用稀土含量为15－25％的Mg－富La，Mg－富Pr，Mg－富Ce和Mg－富LaPrCe的中间合金，且Mg－富LaPrCe中间合金中La∶Ce∶Pr＝5.5－6.5∶2.5－3.5∶1。该方法的具体工艺过程为在保护气氛CO
文档编号B22D11/18GK1876872SQ20061008809
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者陈继忠 申请人:陈继忠