[发明专利]一种含低Gd的高强度镁锂合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属材料研发及制备工艺技术领域，涉及一种新型低Gd高强度镁锂合金及其获得含Gd强化相的镁锂合金的制备工艺，具体涉及一种含低Gd高强度镁锂合金及其制备方法。

背景技术

镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。由于镁为hcp型晶体结构，室温下镁晶体塑性变形仅限于位错滑移和锥面孪生，但是孪生不能激活新的滑移系，因此镁及镁合金的室温塑性加工困难，拉伸时的伸长率一般小于10％。

美国人A.C.Loonam于1942年将Li元素添加到镁合金中以期在hcp结构的镁合金中获得bcc结构晶体来改善合金的塑性变形能力。迄今，改善室温塑性变形加工性能最有效的方法是加入金属Li，镁锂合金已成为最轻的金属结构材料。但在室温条件下，镁锂合金的强度极低，通常镁锂二元合金的抗拉强度低于100MPa。

镁锂合金也可以通过加入合金元素形成化合物，并有可能通过固溶时效处理后在基体中形成弥散析出的强化相。同时，这些金属间化合物或强化相可以降低微观空穴的扩散速度，从而降低bcc结构的富锂β相蠕变激活能，提高Mg-Li合金的抗蠕变能力。近来国内和台湾学者的研究表明，Al，Zn，Sc，Y和其它一些稀土元素可以有效细化晶粒，通过固溶强化和沉淀强化增强镁锂合金的室温和高温抗拉强度。RE还可以提高镁锂合金的再结晶温度，提高其时效强化效果。以Gd作为合金掺入元素可以有效提高镁合金的力学性能，已经得到应用，如Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金(彭卓凯，张新明，陈健美，肖阳，蒋浩，邓桢桢.Mn，Zr对Mg-Gd-Y合金组织与力学性能的影响，中国有色金属学报，2005，15(6)：917-922)及Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金(王其龙，吴国华，郑韫，丁文江.Mg-Gd-Y系合金的研究进展.材料导报，2009，23(6)：104-108)等。这些采用Gd稀土强化和特殊工艺制备的高强镁合金抗拉强度可以达到350MPa以上，并具有较高的热强性能。但由于稀土元素的密度要比Mg的密度高很多，Gd的密度为7.89g/cm³，Nd的密度为7.00g/cm³，Zr的密度为6.49g/cm³，而Mg的密度仅为1.74g/cm³，较高含量的稀土元素不仅增大了镁合金的密度，而且大量使用稀土金属势必提高合金成本，这限制了这些合金只能在导弹、高端轿车上使用。

在镁锂合金中加入少量的稀土，可以显著提高合金的强度和韧性，低含量的稀土不会造成合金密度大幅增加，此外，稀土金属使用量比较少，合金成本和生产升本可以控制在可承受范围之内。尽管诸多采用稀土元素来强化镁锂合金的工艺方法得到应用，如加入Y等，但是这些研究涉及的镁锂合金的拉伸强度指标和塑性变形能力依然不够理想，尤其不能保持高强度的同时兼有高塑性，以满足冷加工变形的需要(制备壳体类零件对材料室温拉伸性能要求：UTS≥150MPa，δ＝20-25％)，因此，如何提高镁锂合金综合力学性能成为目前解决这一问题的关键，也是扩大镁锂合金应用领域的关键。然而，由于Li的活性较大，目前镁锂合金通常在真空条件下、覆盖剂保护熔铸或采用熔盐电解法制备，陈继忠公开的专利《镁铝硅-锂稀土合金及其制备方法》(申请号：200610088097.1，公开号：CN1876872A，公开日：2006.12.13)采用保护气氛CO₂∶N₂＝1.3-1.7∶1下制备的镁锂合金，张密林等公开的专利《一种镁锂-钐合金及其熔盐电解制备方法》(申请号：200810064625.9，公开号：CN101285142A，公开日：2008.10.15)中采用阴极合金化法电解制备镁锂合金。王君等公开的专利《一种Gd掺杂的镁锂合金》(申请号：200810137519.8，授权公告号：CN 101429611B，授权公告日：2010.09.08)中合金的性能达到要求，也是采用真空感应熔炼。尽管采用这些工艺措施可以获得镁锂合金，但是这些措施不仅导致合金成本较高，而且控制工序繁琐，限制了该类合金的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含低Gd的高强度镁锂合金，解决了现有镁锂合金强度低、可塑性差及成本高的问题。

本发明的另一目的在于提供上述镁锂合金材料的制备方法。