一种镁锂合金及其制备方法
【专利摘要】一种镁锂合金，其各组分的重量百分比为：Li：8wt%-10wt%，Zn：0.8wt%-1.5wt%，In：0.15wt%-1.5wt%，余量包含Mg，含或不含杂质。本发明还提供了一种上述镁锂合金的制备方法。通过对现有镁锂合金中添加金属元素铟，能够达到细化晶粒，改善合金组织的作用；经力学性能测试，本发明的镁锂合金具有优良的综合力学性能，有利于在室温下冲压成型，从而更加满足实际生产及应用的需求。
【专利说明】一种镁锂合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料【技术领域】，更具体的说，涉及一种镁锂合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]镁及镁合金是21世纪轻量化材料，镁合金因其具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼性、导热性、切削加工性和铸造性好，另外还具有电磁屏蔽能力强、资源丰富和容易回收等一系列优点，其开发和应用受到越来越多的关注，成为了“最年轻”的金属结构材料之一。其应用在航空航天、汽车、交通运输等领域的结构件上，可以明显减轻重量、节省燃油消耗。
[0003]镁为密排六方结构,变形能力差,冷加工工艺十分困难。向镁(Mg)中加入金属元素锂(Li)，锂是立方晶体结构，锂的加入能降低镁晶格(密排六方)的轴比甚至使合金由立方晶格β相组成，从而极大地提高了镁锂合金的塑形，使合金能够在室温下加工成形。
[0004]镁锂合金引起了材料研究者的大量关注，当前，国际上获得工业应用的镁锂合金主要有三种牌号(ΜΑ21、ΜΑ18和LA141)，这三种合金的强度均不高(ΜΑ21强度最高，为240MPa)，因此镁锂合金强度较低也同样是人们需要解决的一个重要问题，开发低锂含量、高强度的镁锂合金对于拓展超轻镁锂合金的应用范围具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的镁锂合金的强度低，综合力学性能差的技术问题，本发明提供了一种镁锂合金。
[0006]本发明的镁锂合金，各组分的重量百分比为:Li:8 wt%-10 wt%，Zn:0.8wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含 Mg,含或不含杂质。
[0007]优选地,所述In的含量为0.5wt%-l.2wt%,发明人发现当In含量在此范围内时,所制得的合金表现出更好的力学性能。
[0008]优选地,所述In的含量为0.8wt%。
[0009]本发明还提供了一种镁锂合金制品的制备方法，包括以下步骤:a、将配方量的金属原料装入熔炼炉内；b、将熔炼炉抽真空后通入保护气体；c、对金属原料进行熔炼；d、将熔炼后的镁锂合金熔体浇铸到模具中，成型后脱模，得到镁锂合金铸棒；e、将步骤d中的镁锂合金铸棒进行挤压，得到镁锂合金制品；所述镁锂合金制品中各组分的重量百分比为:Li:8 wt%-10 wt%,Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含Mg,含或不含杂质。
[0010]优选地，所述步骤a中还要在熔炼炉中加入覆盖剂；装料时先向熔炼炉中加入覆盖剂，然后依次加入金属锂、金属铟、金属锌、金属镁和覆盖剂。
[0011]优选地，所述覆盖剂为LiCl和LiF的混合物，其中LiCl与LiF的质量比为3:1，且覆盖剂的加入量为加入熔炼炉中的金属质量的10%~30%。
[0012]优选地，所述步骤b具体为装料完毕后封闭熔炼炉并对炉内抽真空，当真空度达到5_20Pa时，关闭真空阀，打开保护气体阀向炉内充入保护气体，当真空度达到5.0X 105Pa-8.0XlO5Pa时，关闭保护气体继续抽真空，当真空度达到5_20Pa时，关闭真空阀并打开保护气体阀继续充保护气体，当真空度达到8.0X 105Pa-9.5 X IO5Pa时，停止充保护气体。
[0013]优选地，所述熔炼为感应熔炼，所述感应电流为14.1-16A，熔炼后保温5_15min。
[0014]优选地，所述浇铸在680-720°C的温度下进行。
[0015]本发明通过在现有镁锂合金中添加金属元素铟，可以使α相球化和细化，有效的提高了合金的强度，同时增加了合金体系中的β相，提高了合金的塑性，有利于在室温下冲压成型，从而使镁锂合金更能满足实际生产及应用的要求。发明人通过大量实验研究发现，金属元素铟的添加可在镁锂合金中形成颗粒状的金属间化合物，这些细小的化合物使合金的枝晶基体断裂，组织细化，α相变小，同时起到固溶强化和细晶强化的作用，大大提高了镁锂合金的力学性能。发明人还发现，添加金属元素铟后在熔炼过程中铟可以与杂质元素Fe形成高密度的化合物，该化合物的密度比合金熔体的密度大，沉积在熔体底部，减少了合金中杂质元素Fe的含量，从而提高了合金的耐腐蚀性。
【具体实施方式】
[0016]本发明的发明人在长期的镁合金研究中，意外的发现通过在现有镁锂系合金中添加一定量的In元素，显著提高了镁锂合金的力学性能。据此，本发明提供了一种镁锂合金，其各组分的重量百分比为:Li:8 wt%-10 wt%, Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含Mg,含或不含杂质。
[0017]为了制备成分合格，杂质含量低，质量优良的镁锂合金，有效降低镁锂合金的熔炼成本，提高熔炼效率，本发明提供了一种镁锂合金的制备方法，采用真空感应熔炼技术，并采用LiCl/LiF覆盖剂覆盖在镁锂合金熔体上，进一步保护熔炼过程，避免金属锂与镁元素的烧损。
[0018]具体制备工艺包括如下步骤:
a、将备好配方量的金属原料装入熔炼炉内:
所述金属原料为含锂99.9wt%以上的纯锂锭、含锌99.9wt%以上的纯锌锭、含铟99.9wt%以上的纯铟锭和含镁99.9wt%以上的纯镁锭。同时需要加入LiCl/LiF覆盖剂，其中LiCl与LiF的质量比为3:1，覆盖剂的用量为炉料金属质量的10%~30%。装料顺序为先将准备好的LiCl/LiF覆盖剂加入到低碳钢坩埚熔炼炉里，然后依次加入金属锂、金属铟、金属锌、金属镁以及LiCl/LiF覆盖剂，同时装料时间应控制在Imin之内。
[0019]b、将熔炼炉抽真空后通入保护气体:
装料完毕后，迅速盖上炉盖进行抽真空处理；当真空度达到5~20Pa时，关闭真空阀，打开氩气阀进行冲氩气，当真空度达到5.0X IO5Pal OX IO5Pa时，关闭氩气阀，打开真空阀，继续抽真空；当真空度达到5~20Pa时，然后关闭真空阀，打开氩气阀进行冲氩气，而当真空度达到8.0 X IO5Pa~9.5 X IO5Pa时，关闭氩气阀。
[0020]C、对金属原料进行熔炼:
熔炼炉内所需氩气量满足要求后，进行感应熔炼；感应熔炼过程中的感应电流控制在14.1A^16A左右，加热过程控制没有金属蒸汽产生，直至将金属全部熔化，并且保温5^15min使其混合均匀。[0021]d、将熔炼后的镁锂合金熔体浇铸到模具中，成型后脱模，得到镁锂合金铸棒: 浇注的条件为:在680-720°C的温度下。
[0022]e、最后将熔炼出的铸棒进行挤压，挤压出所需要的产品。
[0023]以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0024]实施例1:
本发明实施例1的镁锂合金的制备方法，包括下述步骤:
1、装料:将准备好的原料:纯镁、纯锂、纯锌、纯铟(纯度均>99.9wt%)及LiCl/LiF (质量比为3:1)覆盖剂，按顺序依次放入坩埚内，放入顺序为LiCl/LiF (质量比为3:1)覆盖剂、金属锂、金属铟、金属锌、金属镁及LiCl/LiF (质量比为3:1)覆盖剂；
2、抽真空及熔炼:当装料完毕后，迅速盖上炉盖进行抽真空处理；当真空度达到IOPa时，然后关闭真空阀，打开氩气阀进行冲氩气，而当真空度达到7.0X IO5Pa时，关闭氩气阀，打开真空阀，继续抽真空；当真空度达到5Pa时，然后关闭真空阀，打开氩气阀进行充氩气，而当真空度达到9.0X IO5Pa时，关闭氩气阀。然后进行感应熔炼，在整个熔炼过程中，感应电流控制在14.1A，同时要持续从观察窗中观察金属熔体的熔化情况，发现有金属蒸汽挥发，应迅速停止加热，总之要保证加热过程控制在没有金属蒸汽产生，直至将金属全部熔化，并且保温5min使其混合均匀，待温度控制在700°C进行浇铸，最终制得镁锂合金铸棒。
[0025]3、挤压:根据挤压工艺要求，先将镁锂合金铸棒进行10-12Η的均匀化退火处理，并将挤压模具预热至35(T450°C的条件下，在挤压机上进行挤压棒材，其中挤压温度控制在30(T450°C之间，挤压比控制在10:1-100:1之间，而挤压速度控制在5m/mirT20m/min之间，这样得到挤压棒材Al。
[0026]实施例2:
原料以及制备方法与实施例1相同，不同之处仅在于，纯铟的添加量为0.5wt%，制得镁锂合金挤压棒A2。
[0027]实施例3:
原料以及制备方法与实施例1相同，不同之处仅在于，纯铟的添加量为0.8wt%，制得镁锂合金挤压棒A3。
[0028]实施例4:
原料以及制备方法与实施例1相同，不同之处仅在于，纯铟的添加量为1.2wt%，制得镁锂合金挤压棒A4。
[0029]实施例5:
原料以及制备方法与实施例1相同，不同之处仅在于，纯铟的添加量为1.5wt%，制得镁锂合金挤压棒A5。
[0030]对比例1:
对比例I用于说明没有添加纯铟的镁锂合金性能，其余与实施例1相同，制得镁锂合金挤压棒BI。
[0031]性能测试:
将上述实施例1-5制备的镁锂合金挤压棒A1-A5以及对比例I制备的镁锂合金铸棒BI分别进行化学成分检测(ICP测试)、力学性能测试(通过万能力学试验机测试)，所得到的镁锂合金的化学成分检测结果见表1，力学性能测试结果见表2。[0032]表1 (质量分数wt%)
【权利要求】
1.一种镁锂合金，其特征在于，所述镁锂合金中各组分的重量百分比为:L1:8 Wt%-10wt%, Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含 Mg,含或不含杂质。
2.根据权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于，所述In的含量为0.5wt%-l.2wt%。
3.根据权利要求1所述的镁锂合金，其特征在于，所述In的含量为0.8wt%。
4.一种镁锂合金制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:a、将配方量的金属原料装入熔炼炉内；b、将熔炼炉抽真空后通入保护气体；c、对金属原料进行熔炼；d、将熔炼后的镁锂合金熔体浇铸到模具中，成型后脱模，得到镁锂合金铸棒；e、将步骤d中的镁锂合金铸棒进行挤压，得到镁锂合金制品；所述镁锂合金制品中各组分的重量百分比为:Li:8wt%-10 wt%, Zn:0.8 wt%-l.5wt%, In:0.15 wt%-l.5wt%,余量包含 Mg,含或不含杂质。
5.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述镁锂合金制品中 In 的含量为 0.5wt%-l.2wt%0
6.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述In的含量为0.8wt%0
7.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述步骤a中还要在熔炼炉中加入覆盖剂；装料时先向熔炼炉中加入覆盖剂，然后依次加入金属锂、金属铟、金属锌、金属镁和覆盖剂。
8.根据权利要求7所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述覆盖剂为LiCl和LiF的混合物，其中LiCl与LiF的质量比为3:1，且覆盖剂的加入量为加入熔炼炉中的金属质量的10%~30%。
9.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述步骤b具体为:装料完毕后封闭熔炼炉并对炉内抽真空，当真空度达到5-20Pa时，关闭真空阀，打开保护气体阀向炉内充入保护气体，当真空度达到5.0X 105Pa-8.0X IO5Pa时，关闭保护气体继续抽真空，当真空度达到5-20Pa时，关闭真空阀并打开保护气体阀继续充保护气体，当真空度达到8.0X 105Pa-9.5 X IO5Pa时，停止充保护气体。
10.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述熔炼为感应熔炼，所述感应电流为14.1-16A，熔炼后保温5-15min。
11.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述浇铸在680-720°C的温度下进行。
12.根据权利要求4所述的镁锂合金制品的制造方法，其特征在于，所述保护气体为惰性气体。
【文档编号】C22C1/02GK103834838SQ201210489661
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】李绍青 申请人:比亚迪股份有限公司