专利名称：一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法
技术领域：
本发明属于金属材料及冶金技术领域，特别涉及一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法。
背景技术：
镁合金具有高比刚度、弹性模量高、高冲击韧性、对缺口不敏感、低温韧性好、良好切削加工性等优点，并且还可以回收利用，不会对环境造成污染，是一种21世纪的绿色金属。作为镁合金中的一个重要体系，Mg-Li基镁合金是目前最轻的合金，是发展超轻高强合金最具潜力的合金系之一。相比于其他镁合金，Mg-Li基镁合金还拥有自己独特的性能该系合金是唯一低于镁基体密度的镁合金体系，是目前最轻的合金材料，在Li含量达到一定值之后，其密度可以低于水的密度，能够浮于水面上；同时该系合金随着Li的添加合金相结构将发生由密排六方(hep)-密排六方+体心立方-体心立方(bcc)的转变。因此，该系合金具有十分优良的塑性变形能力，在航空航天工业具有重要的应用价值。Mg-Li基镁合金中的合金组元(Zn、Al和稀土元素等)一般都存在一定的熔点差，难免在凝固过程中存在成分偏析。热处理可以有效的改善大部分Mg-Li基镁合金的性能，这是因为热处理可以消除铸锭内部铸造应力，消除铸锭的成分偏析、组织非平衡、低熔点相和脆性相对合金塑性的不良影响，并促进合金元素均匀分布。另外，对于Zn、Al及部分稀土元素，在Mg中的溶解度随温度降低而显著降低，因此，固溶时效热处理是这些组元产生沉淀强化的先决条件。然而，由于Li是异常活泼金属，在相同温度下，Li的扩散系数远高于Mg的扩散系数，P相的晶格和晶界扩散系数也远高于a相，因此，Mg-Li基镁合金，特别是Li含量较高的Mg-Li基镁合金在热处理过程中，表面和接近表面的区域内极易发生脱Li，这一关键性问题极大地制约了 Mg-Li基镁合金的发展和应用。因此，探索防止Mg-Li基镁合金脱Li及氧化、易操作、低成本的热处理方法及工艺是目前开发Mg-Li基镁合金亟待解决的重要问题之一。为解决此问题，在热处理工艺上，实验室通常采用充满氩气的石英管对Mg-Li基镁合金试样进行密封后进行热处理。该方法对防止氧化有较好的效果，但对防止脱Li的效果并不理想，另外，该方法仅适用于小尺寸样品，且操作繁琐，成本高昂，不适用于向大规模工业生产推广。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种易操作、低成本且保护Mg-Li基镁合金在热处理过程中免于表面发生脱Li及氧化的热处理方法。本发明的一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法，包括以下步骤(I MfMg-Li基镁合金铸锭用0. Imm厚的铝箔或铜箔双层包覆，并挤出铝箔或铜箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔或铜箔与铸锭表面严实贴合，使铸锭与空气隔离；
(2)将铝箔或铜箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙或石墨粉将铸锭完全掩埋，掩埋深度大于等于IOOmm ；
(3)将放置铸锭和细沙或铸锭和石墨粉的容器送入电阻炉中进行热处理，热处理制度为加热至300°C 400°C，保温12 48小时。其中，所述的细沙颗粒直径小于等于0. 25mm。本发明的特点和有益效果在于
本发明提供的一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法，可有效的防止Li从铸锭表面脱出，防止合金表面发生氧化，且具有易操作、低成本的优点，是一种可向工 业生产中推广的针对Mg-Li基镁合金热处理方法。
图I为本发明实施例I中镁合金热处理后的铸锭表面；
图2为本发明实施例I中镁合金热处理后用金相显微镜观察到的铸锭边缘组织；
图3为本发明实施例I中镁合金热处理后用金相显微镜观察到的铸锭中心部分组织； 图4为本发明实施例2中镁合金热处理后的铸锭表面；
图5为本发明实施例2中镁合金热处理后用金相显微镜观察到的铸锭边缘组织；
图6为本发明实施例2中镁合金热处理后用金相显微镜观察到的铸锭中心部分组织； 图7为本发明实施例3中镁合金热处理后的铸锭表面；
图8为本发明实施例4中镁合金热处理后的铸锭表面；
图9为本发明实施例5中镁合金热处理后的铸锭表面；
图10为本发明实施例6中镁合金热处理后的铸锭表面。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步说明。本实施例中使用的金相显微镜型号为Leica MPS30。本实施例中的镁合金采用Mg-3Li-lGd、Mg-6Li-3Zn、Mg_9Li_lY 和 Mg_llLi_3Al四种Mg-Li基镁合金C>50mmX300mm (直径X长)的圆柱形铸锭,热处理制度为加热至3000C 400。。，保温12 48小时。实施例I
(1)将Mg-9Li-lY镁合金铸锭用0.Imm厚的铝箔双层包覆，并挤出铝箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；
(2)将铝箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用石墨粉将铸锭完全掩埋，掩埋深度为 150mm ；
(3)将放置铸锭和石墨粉的容器送入电阻炉中进行热处理，具体制度为加热至350°C，保温48小时。热处理后铸锭表面如图I所示。为了观察合金表面是否发生脱Li，对铸锭边缘和中心部分进行金相组织对比，分别如图2和图3所示，观察图2和图3可知，该镁合金没有发生严重的脱Li现象。实施例2
(1)将Mg-9Li-lY镁合金铸锭用0.Imm厚的铜箔双层包覆，并挤出铜箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铜箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；
(2)将铜箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙(颗粒直径等于0.125mm)完全掩埋，掩埋深度为150mm ；
(3)将放置铸锭和细沙的容器送入电阻炉中进行热处理，具体制度为加热至400°C，保温12小时。热处理后铸锭表面如图4所示。为了观察合金表面是否发生脱Li，对铸锭边缘和中心部分进行金相组织对比，分别如图5和图6所示，观察图5和图6可知，该镁合金没有 发生严重的脱Li现象。实施例3
(1)将Mg-6Li-3Zn镁合金铸锭用0.Imm厚的铜箔双层包覆，并挤出铜箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铜箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；
(2)将铜箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用石墨粉完全掩埋，掩埋深度为150mm ；
(3)将放置铸锭和石墨粉的容器送入电阻炉中进行热处理，具体制度为加热至350°C，保温36小时。热处理后铸锭表面如图7所示。实施例4
(1)将Mg-3Li-lGd镁合金铸锭用0.Imm厚的铝箔双层包覆，并挤出铝箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；
(2)将铝箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙(颗粒直径等于0.25mm)完全掩埋,掩埋深度为IOOmm ；
(3)将放置铸锭和细沙的容器送入电阻炉中进行热处理，具体制度为加热至300°C，保温12小时。热处理后铸锭表面如图8所示。实施例5
(1)将Mg-6Li-3Zn镁合金铸锭用0.Imm厚的铝箔双层包覆，并挤出铝箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；
(2)将铝箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙(颗粒直径等于0.25mm)完全掩埋,掩埋深度为120mm ；
(3)将放置铸锭和细沙的容器送入电阻炉中进行热处理，具体制度为加热至300°C，保温24小时。热处理后铸锭表面如图9所示。实施例6
(1)将Mg-llLi-3Al镁合金铸锭用0.Imm厚的铝箔双层包覆，并挤出铝箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；
(2)将铝箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙(颗粒直径等于0.25mm)完全掩埋，掩埋深度为150mm ；
(3)将放置铸锭和细沙的容器送入电阻炉中进行热处理，具体制度为加热至400°C，保温24小时。热处理后铸锭表面如图10所示。
权利要求
1.一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将Mg-Li基镁合金铸锭用0.Imm厚的铝箔或铜箔双层包覆，并挤出铝箔或铜箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔或铜箔与铸锭表面严实贴合，使铸锭与空气隔离； (2)将铝箔或铜箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙或石墨粉将铸锭完全掩埋，掩埋深度大于等于IOOmm ； (3)将放置铸锭和细沙或铸锭和石墨粉的容器送入电阻炉中进行热处理，热处理制度为加热至300°C 400°C，保温12 48小时。
2.根据权利要求I所述的一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法，其特征在于步骤(2)中所述的细沙颗粒直径小于等于0. 25mm。
全文摘要
本发明属于金属材料及冶金技术领域，特别涉及一种防止Mg-Li基镁合金表面脱Li及氧化的热处理方法，将Mg-Li基镁合金铸锭用0.1mm厚的铝箔或铜箔双层包覆，并挤出铝箔或铜箔与铸锭之间缝隙内的空气，使铝箔或铜箔与铸锭表面严实贴合，从而令铸锭与空气隔离；将铝箔或铜箔包覆的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙或石墨粉将铸锭完全掩埋，掩埋深度大于等于100mm；将放置铸锭和细沙或铸锭和石墨粉的容器送入电阻炉中进行热处理。本发明提供的热处理方法，可有效的防止Li从铸锭表面脱出，防止合金表面发生氧化，且具有易操作、低成本的优点，是一种可向工业生产中推广的针对Mg-Li基镁合金热处理方法。
文档编号C22F1/06GK102978551SQ201210500528
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者宝磊, 张志强, 乐启炽, 崔建忠 申请人:东北大学