[发明专利]一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料及其制备方法，该镁锂合金基体组分及其质量百分比为：11~16wt%Li，1~5wt%Zn，0.5~2.5wt%Gd，0~1wt%Si，余量为Mg。然后以镁锂合金Mg‑Li‑Zn‑Gd‑Si为母体，在其中加入1~10wt%的Al₂Ca或Al₂Y。高强度高弹性模量镁锂基复合材料的制备方法包括：熔炼和塑性变形两个工艺，其中，熔炼工艺步骤包括：烘料、熔Mg和Si、加Zn和Gd、加Li、加增强颗粒和铸造，塑性变形工艺包括均匀化处理和塑性变形加工。本发明通过向镁锂合金凝固组织中同时添加Zn和Gd，形成准晶强化相，加入Si形成耐热第二相，提高合金热稳定性，同时，在镁锂合金基体中引入增强颗粒形成复合材料，综合提高其强度和刚度，并保证了材料密度低于1.55g/cm³，从而获得超轻高性能镁锂基复合材料。

主权项

1.一种高强度高弹性模量镁锂基复合材料，其特征在于，所述镁锂基复合材料包括94.5wt％的镁锂合金基体和5.5wt％的Al₂Ca或Al₂Y；所述镁锂合金基体为Mg‑13.5Li‑3Zn‑1.5Gd‑0.5Si合金，其包括如下重量百分比的成分：13.5wt％Li，3wt％Zn，1.5wt％Gd，0.5wt％Si，Mg为81.5wt％；所述Zn和Gd的质量比为2∶1；所述Al₂Ca或Al₂Y的颗粒直径为22.5μm；所述的高强度高弹性模量镁锂基复合材料的制备方法，包括熔炼和塑性变形两个阶段，其中，所述熔炼工艺：烘料分别称取纯Mg、纯Zn、Mg‑Gd中间合金、Mg‑Si中间合金和Li棒，并按照制备Mg‑13.5Li‑3Zn‑1.5Gd‑0.5Si合金质量的5％称取锂盐熔剂，锂盐熔剂由质量比为2∶1的LiCl和LiF混合而成，然后，将上述所有原料分别预热3小时以上达到215℃以进行烘干；熔Mg和Si将烘干后的纯Mg和锂盐熔剂放入坩埚电阻炉中熔化，当纯Mg和锂盐熔剂熔化后，在745℃加入纯Si；加Zn和Gd当镁液温度达到710℃后，往镁液中直接加入3wt％的纯Zn，待纯Zn熔化后，熔体温度回升至710℃时加入中间合金Mg‑Gd，该中间合金为Mg‑40wt％Gd，即中间合金Mg‑Gd中Gd占40wt％，加入量根据该中间合金Mg‑Gd中Gd所占质量百分比和所制备镁锂合金基体的总质量确定，使Gd在制备的镁锂合金基体的总质量中占1.5wt％；加Li待中间合金Mg‑Gd完全熔化后，熔体温度降至670℃时，用不锈钢钟罩将用不锈钢丝网包覆的13.5wt％的纯Li加入熔体中，待Li完全熔解后取出钟罩和不锈钢丝网；加增强颗粒待熔体温度回升至700℃时加入5.5wt％的Al₂Ca或Al₂Y，并进行机械搅拌，搅拌速度为350r/min，搅拌时间为19分钟；熔炼铸造待熔体温度回升至710℃时保温7min，撇去表面浮渣并进行浇铸复合材料锭，此处浇铸用的钢制模具预先加热至215℃；塑性变形工艺：将熔炼工艺得到的镁锂基复合材料在325℃均匀化处理6小时，然后将完成均匀化处理的镁锂基复合材料在250℃进行锻造变形加工，最后得到高强度高弹性模量镁锂基复合材料。