[发明专利]晶粒细化型镁锂合金及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种镁锂合金材料及其制备方法，特别涉及一种晶粒细化型镁锂合金及其制备方法。

背景技术

当今，高科技产业一个重要的发展方向是追求器件和装置的轻量化，镁锂合金作为目前最轻的金属结构材料，是实现轻量化的首选材料之一。镁锂合金还具有很高的比强度、比刚度和优良的减震性能及抗高能粒子穿透的能力，尤其是其变形性优势，使它成为兵器、宇航、汽车、电子等领域的理想优选材料。

LA141（Mg-14Li-1Al）是一种典型的商用镁锂合金，它的密度大约比传统镁合金低25%，也是Mg-Li-Al合金中具有代表性的合金之一。在Mg-Li二元合金中，随着Li含量的增加，合金的结构将发生由密排六方（HCP）→密排六方（HCP）+体心立方（BCC）→体心立方（BCC）的转变，合金的塑性也在大幅度提高，但是由于Mg-Li合金的化学性质活泼，当前的主要熔铸方式为模铸，因此其铸态组织粗大，不均，强度较低。而Mg-Li合金中添加Al，可以使基体产生固溶强化和时效强化，从而使Mg-Li合金的力学性能的稳定性得到改善，随着Al含量的增加，合金硬度（强度）增加。而在Mg-Li-Al合金中必然会存在MgLi₂Al相，这种化合物在较低的温度下发生过时效时会转变为一种平衡相AlLi或MgLiAl₂，此平衡相对于合金的强度不利，正是由于镁锂合金的过时效现象，使得这种合金很少用于高强部件设计，主要用于对强度要求不高的部件。 

为了提高镁锂合金的强度，扩大其应用范围，可以通过例如多元合金化、复合材料强化与塑性变形等手段，来提高镁锂合金的强度，研究表明，镁锂合金的强度可以达到300Mpa。但是这些方法大部分是以牺牲延伸率为代价来提高合金的强度，而镁锂合金的一大优点正是优异的塑性。快速凝固-粉末冶金可显著细化晶粒，提高合金的强度和塑性，但成本太高，工业化推广价值不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种晶粒细化型镁锂合金及其制备方法，该镁锂合金的晶粒组织细小均匀，强度和塑性增加，后续加工性能良好，并且生产成本低。

本发明公开了一种晶粒细化型镁锂合金，所述镁锂合金按质量百分比计由以下组分组成：

Li        11.0%~15.0%；

Al        1.0%~3.0%；

La        0.1%~0.5%；

杂质      ≤0.3%；

镁   余量。

进一步，所述镁锂合金按质量百分比计由以下组分组成：

Li        14.0%；

Al        1.0%；

La        0.3%；

杂质      ≤0.3%；

镁   余量。

本发明还公开了上述晶粒细化型镁锂合金的制备方法，将配方量的纯镁、纯锂、纯铝和镁镧中间合金在抽真空并通入惰性气体的条件下加热至720℃，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，然后将熔炼的合金液浇注到模具中，得到铸态的镁锂合金。

进一步，所述镁镧中间合金中各组分的质量百分含量为：La 30%；镁70%。

本发明的有益效果在于：本发明的晶粒细化型镁锂合金是一种含稀土La的镁锂合金，La加入到镁锂合金中所起到的作用有以下几个方面：

1）La与Al生成Al₂La，该化合物以网状形式分布在晶界处，显著地细化了镁锂合金的铸态组织，它与镁锂铝合金中的β-Li相具有良好的晶体学匹配关系，因此在凝固过程中具有显著细化镁锂合金组织的作用；

2）Al₂La的熔点高，在后续的加工过程中能够稳定存在，因此可起到第二相强化的作用；

3）加入到合金中的La与Al发生反应，消耗了一定量的Al，使得Mg-Li-Al三元相出现的几率和数量都在减少，因而减少了过时效现象的发生。

因此，本发明的镁锂合金的晶粒组织细小均匀，强度和塑性增加，后续加工性能良好，并且生产成本低，适于工业上大规模生产。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为LA141镁锂合金的铸态组织照片；

图2为实施例1镁锂合金的铸态组织照片。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1