[发明专利]一种具有阻燃性的Mg‑Li‑V合金及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种镁锂合金。

背景技术

镁的密度为1.738g/cm³，锂的密度为0.534g/cm³。锂加入镁便形成了镁锂合金，且该合金的密度一般为1.25-1.60g/cm³。作为最轻的金属结构材料，镁锂合金具有很高的比强度、比刚度，且易变形加工和回收再利用。这些优点赋予了镁锂合金21世纪绿色金属材料的美誉，使之成为航空、航天、国防、核工业、汽车制造、医疗器械等领域中非常理想的结构材料。由于锂含量的不同，镁锂合金的内在组织结构也不同。当锂含量小于5.7wt.%时，镁锂合金由密排六方结构的α单相组织组成;当锂含量大于10.3wt.%时，镁锂合金由体心立方结构的β单相组织组成;当锂含量在5.7-10.3wt.%之间时，镁锂合金具有α+β双相组织。该双相组织的镁锂合金在保持较高强度的同时，具有良好的塑性，在特定条件下能表现出一定的超塑性。

随着世界范围内能源短缺，很多工业领域对轻量化材料和器件的需求极为迫切。镁锂合金材料因其与铝合金比能够减重40-50%，与一般镁合金比能够减重20-30%，在降低卫星结构系统质量，提高卫星承载能力上取得了显著成效。镁锂合金作为最轻的金属结构材料具有弹性模量高，抗压屈服强度高，塑韧性好和抗高能粒子穿透能力强等优点。在当今世界对结构件轻量化、减重节能、环保以及可持续发展要求日益提高的背景下，镁锂合金是航天、航空、兵器工业、核工业、汽车和3C产业医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一。

镁锂合金在熔炼和成型过程中极易发生的氧化、燃烧甚至爆炸。目前较成熟的阻燃方法是熔剂保护法与气体保护法。但是，这两种方法都有其难以避免的缺陷，如产生有毒气体污染环境和造成熔剂夹杂而损害合金性能。此外，熔炼浇注设备和工艺复杂，加大了成本。解决镁锂合金在大气中熔炼时产生燃烧的另一个途径是向镁锂合金中添加合金元素，通过合金化的方法达到阻燃目的。

合金化阻燃法其机理是在镁锂合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学反应与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化和氮化的目的，并且镁锂合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高镁锂合金的加工安全性。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的抗燃烧性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终的镁锂合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用镁锂合金的力学性能水平。一般采用加入足量Be和Ca来显著提高镁锂合金的抗氧化性能，但是由于Be的剧毒性及足量的Be和Ca会严重损害镁合金的机械性能等原因限制了含Be和Ca镁合金的工业化应用。

本发明提供了一种具有在680-780度之间熔炼时具有抗燃烧性能的Mg-Li-V镁锂合金，且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有现有镁锂合金的力学性能，和良好的室温塑性，又有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能。同时，该抗燃烧Mg-Li-V镁锂合金材料具有良好的铸造性能，适合于薄壁零件的保护气氛下的压力铸造，特别是适合铸造要求具备轻量化特征的轻型结构材料，具有巨大的市场前景。该Mg-Li-V镁锂合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有阻燃性的Mg-Li-V镁锂合金及其加工工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有在680-780度之间熔炼时具有抗燃烧性能的Mg-Li-V镁锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li: 6.0-18.0wt.%, V: 2.0-6.0wt.%,Ca: 2.0-3.0wt.%,Sr: 3.0-6.0wt.%, Si: 1.0-2.0wt.%, Tb: 0.2-0.4wt.%, Nd: 0.1-0.2wt.%，Yb: 0.2-0.3wt.%，B: 1.0-2.0wt.%，余量为镁。该镁锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于5.0wt.%左右。