[发明专利]一种高强度的镁锂合金

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种合金，具体地说是一种镁锂合金。

(二)背景技术

锂的密度为0.53g/cm³，仅为镁的三分之一，在镁合金中加入锂将使镁合金的密度大幅度地下降。此外，锂是立方晶格结构，锂的加入能降低镁晶格(密排六方)的轴比(c/a值)甚至使得合金由立方晶格β相(固溶有Mg元素的Li固溶体)组成，从而提高了镁合金的塑性。

基于以上优点，镁锂合金引起了材料研究者的大量关注。当前，在国际上获得工业应用的镁锂合金主要有三种牌号(MA21、MA18和LA141A)，这三种合金的强度均不是很高(MA21的强度最高，为240MPa)，因此镁锂合金强度较低也同样是人们关注的一个重要问题，人们通过加入合金元素进行对镁锂合金进行强化，周铁涛等人公开的专利(一种含锂镁合金材料及其制备方法，公开号：CN1605650A)中采用Al、Zn、Zr、RE等作为合金强化元素，制备了只含有β相单相合金，此合金的强度达到180-280MPa，密度为1.31-1.60g/cm³。此对比文献中所涉及的合金具有较高的强度并具备较低的密度，但要制备β相单相合金，其含锂量一般在11wt％以上，这样势必造成合金成本增加，且造成合金的耐腐蚀性能急剧下降，同时对于合金的热稳定性也有不利的影响。因此保持低密度的基础上，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。

常用的镁锂合金强化元素有Al、Zn、Mn等，此外，细化晶粒也是一种常用的提高合金强度的途径，常用的晶粒细化剂为Zr及稀土元素。为达到保持低密度的基础上，开发低锂含量、高强度的镁锂合金的目的，镁锂合金的强化元素应尽量选用密度较低的合金元素(如铝)，减少密度较高的元素的用量，另外作为晶粒细化加入的元素尽量选用轻稀土元素(如La、Ce、Pr等)。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种在保持低密度的基础上，能够低锂含量、提高强度的高强度的镁锂合金。

本发明的目的是这样实现的：本发明所涉及的合金的重量百分比组成为：Li：4-7％、Al：2-7％、Zn：0.5-2％、Ce：0.1-1.5％，余量为Mg。

本发明在优化合金元素成分的基础上，协调合金密度、锂含量及强度之间的关系，实现在保持低密度的基础上，低锂含量、提高高强度。

该合金由电解所得的镁锂中间合金、镁铈中间合金、纯镁、纯铝和纯锌熔炼而成。其中纯镁、纯铝和纯锌的纯度均在99.95％以上。熔炼在真空感应炉内进行，在熔炼开始之前首先把炉内气氛抽至真空状态，然后向炉内充入氩气，开始加热(使得合金的熔炼过程中处于氩气氛状态下)。熔炼后的熔体浇注到一个金属模具内，得到铸态合金。

所得的铸态合金在350±10℃/24h的条件下进行均匀化处理，然后把均匀化处理后的合金进行变形加工(挤压或/和轧制)。

本发明所述的镁锂合金，其抗拉强度为：245-300MPa；屈服强度为：230-280MPa；延伸率为：10-25％；密度为：1.35-1.62g/cm³。

本发明所涉及的高强镁锂合金的技术特点是：在降低锂含量的同时，为保持合金的低密度，尽量提高强化元素中低密度元素铝的含量，尽量降低强化元素中高密度元素的含量，并选用轻稀土元素铈作为晶粒细化元素。锂含量的降低使得合金处于α单相区，因此具有较高的强度，同时由于合金强化元素和晶粒细化元素种类及含量的优化调整，使得合金不会因为锂含量的降低而使合金的密度增加过大，而且这些元素对于合金也发挥了较优的强化和细化作用。此合金的优点是：在保持低密度的基础上，使锂含量降低，同时提高了合金的强度。因此可降低合金制备的成本，并且提高了镁锂合金的强度(明显高于国际上现有的工业应用镁锂合金牌号所具备的强度)，此外，由于锂含量的降低，使得镁锂合金的耐腐蚀性能及热稳定性能也得到提高。

(四)具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

镁锂合金的组成成分及其重量百分比为：Li：5％、Al：3％、Zn：1％、Ce：1％，余量为Mg。熔炼在真空感应炉内进行，在熔炼开始之前首先把炉内气氛抽至1.0Pa以下的真空状态，然后向炉内充入氩气，开始加热(使得合金的熔炼过程中处于氩气氛状态下)。熔炼后的熔体浇注到一个金属模具内，得到铸态合金。所得的铸态合金在350±10℃/24h的条件下进行均匀化处理，然后把均匀化处理后的合金去皮后进行变形加工(挤压或/和轧制)。变形加工后的合金用电子万能力学试验机进行力学性能的测试，用阿基米德法测试试样的密度。