[发明专利]一种长周期结构相增强的镁锂合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁锂合金，本发明也涉及一种镁锂合金的制备方法。

背景技术

镁锂合金是迄今为止最轻的金属结构材料，其密度与工程塑料相近，因此也被称为超轻合金。镁锂合金具有密度低、加工变形能力好、抗震及抗高能粒子穿透等特性，在航天航空、武器装备、核能应用和国民经济等领域具有广阔的应用前景。然而到目前镁锂合金没有得到大量应用。其主要原因之一是传统镁锂合金绝对强度低和耐热性能差，并且合金的性能不稳定，一些高锂含量合金甚至在室温下也能够发生过时效而使力学性能恶化。通常，这些镁锂合金的主要强化元素为Al和Zn，形成的工业牌号有LA141、LA91、LAZ933、MA18（Mg-11Li-2Zn-0.7Al）等，其中的主要金属间相包括MgLi₂Al、MgLi₂Zn、AlLi、MgLiZn。MgLi₂Al、MgLi₂Zn是强化相，但同时也是亚稳相，长时间放置或在50-70℃以上使用时易分解为AlLi和MgLiZn，而AlLi和MgLiZn一般认为是软化相，上述分解现象被认为是镁锂合金力学性能不稳定的主要原因之一。此外，增加Al和Zn含量，合金强度虽有升高但脆性也随之变大，这限制了LA和LZ系列合金向更高强度的发展。因此，解决镁锂合金强度低和稳定性差这一问题是获得高性能超轻合金材料、拓展其应用范围的关键之一。

综合分析起来，除塑性变形细化合金组织外，解决这一问题的途径主要有两种。其一，在上述传统镁锂合金LA、LZ、LAZ系列的基础上进行改性。据文献报道，添加少量各种RE(稀土)元素、Ag、Cu、Ca等对Mg-Li-Al(-Zn)能够导致高熔点金属间相的生成和/或抑制生成软化相，使合金性能得到一定程度的提高，但所获得的合金（尤其是高锂含量的合金）的性能并不稳定，在放置过程中，力学性能会随着时间增加逐渐恶化。这些研究对提高传统镁锂合金的性能起到了一定的指导作用，但就目前来看并没有带来突破性的进展。

其二，脱离LA、LZ、LAZ体系，直接避免AlLi和MgLiZn等软化相的产生，引入新思想，即探索新的强化机制，设计新型高强韧超轻镁锂合金。文献（Scripta Mater.,2007,57:285-288）和申请号为200610134114的专利文件报道了一个典型的例子，即借鉴高强Mg-Zn-Y（Zn/Y≈5）合金的强化机制，将准晶相（I-相，Mg₃Zn₆Y）引入到镁锂合金中，通过生成准晶相增强合金力学性能，开辟了镁锂合金增强的新思路。然而，研究者也提到合金中的软化相MgLiZn并不能避免，要想进一步提高合金的力学性能，还需要控制合金中W--相（Mg₃Zn₃Y₂）的数量及I-相的尺寸。

相比超轻镁锂合金，高强耐热镁稀土合金的研究更加成熟。近年来的研究发现在某些Mg-RE-Zn（RE含量高于Zn含量）可以生成新颖的长周期结构（简称LPSO结构）相。使研究者更为感兴趣的是LPSO结构相具有高硬度、高塑韧性、高弹性模量以及与镁基体良好的界面结合等一系列特性，该结构可在不危害合金塑性的同时显著提高合金室温和高温强度。文献（Mater.Trans.,2001,42:1172-1176）报道了一种采用快速凝固粉末冶金技术制备的超细晶配合LPSO结构的Mg₉₇Y₂Zn1（at.%）合金，该合金在室温下屈服强度高达610MPa、延伸率达到5%，在保持良好塑性的同时实现了镁合金的超高强度。文献（Mater.Sci.Eng.A,2012,40:38-45）报道了一种含LPSO相的高温高强韧热挤压Mg-RY-Zn（RY：富钇稀土）合金，250℃时抗拉强度仍能够保持在300MPa左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低密度、高强度、高塑性和较好耐热性的长周期结构相增强的镁锂合金。本发明的目的还在于提供一种将LPSO结构相引入到镁锂合金基体中的长周期结构相增强的镁锂合金的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：