[发明专利]一种高强韧性镁锂合金层状复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁锂合金层状复合材料。本发明也涉及的是一种镁锂合金层状复合材料的制备方法。

背景技术

镁锂合金是迄今为止最轻的金属结构材料，其密度一般为1.35～1.65g/cm³，比普通镁合金轻1/4～1/3，比铝合金轻1/3～1/2，具有较高的比强度、比刚度、优良的抗震性能及抗高能粒子穿透能力，是航空、航天、核工业等领域最理想的金属结构材料之一。

在镁锂二元合金中，根据Li含量的不同，合金的相组成和晶体结构也将随之发生改变：当Li含量小于5.7％时，合金为α-Mg(Li在Mg中的固溶体)单相组织，具有密排六方晶体结构；当Li含量大于10.3％时，合金为β-Li(Mg在Li内的固溶体)单相组织，具有体心立方晶体结构。α-Mg单相Mg-Li合金强度较高但塑性加工变形能力较差，β-Li单相Mg-Li合金塑性变形能力良好但强度较低，这使得两种合金的工业化生产和应用受到一定的限制。开发强度、塑性等综合力学性能良好的镁锂合金，提高镁锂合金产品质量，对于扩大其在航空航天、交通运输等的应用具有十分重要的意义。

为了改善这两种镁锂合金的性能，合金化、添加晶粒细化剂和塑性变形是比较常见的三种方法。公开号为CN102912203的专利文件中，公开了一种“晶粒细化型镁锂合金及其制备方法”，通过向β-Li单相Mg-Li合金中加入适量的稀土元素La，使合金的强度和硬度得到明显改善；公开号为CN101713034的专利文件中，公开了一种“细化LA141镁锂合金晶粒的方法”，通过在熔炼过程中添加Al-5Ti-1B中间合金细化LA141合金晶粒，得到铸态组织细小并具有良好强度和塑性且后续加工性能优良的合金；T.L.Zhu等通过对Mg-5Li-1Al单相合金进行轧制变形，显著提高了合金的塑性并明显改善了轧制合金的各向异性(Influence of Y and Nd on microstructure,texture and anisotropy of Mg-5Li-1Al,Materials Science&Engineering A,2014,600:1-7)。虽然上述方法使得镁锂合金的性能得到较大程度的提高，但提升能力有限。

累积叠轧技术是由日本国立大阪大学的Saito教授于1998年首次提出，并利用这种压下量为50％的工艺成功使纯铝的晶粒尺寸细化至1μm以下，使其具有超细晶结构，从而显著提高合金的综合力学性能。累积叠轧技术被认为是唯一的能够实现大规模工业化连续生产超细晶材料的剧烈塑性变形技术。异种金属复合材料是一种新型的功能材料，它是通过一定的复合技术使两种或两种以上物理、化学及力学性能不同的金属材料结合在一起，从而能够在保证金属材料各自原有特性的基础上，具有单个金属材料所不具有的特殊性能，从而有效降低成本、更大程度上实现材料的工业化生产价值。目前，利用累积叠轧技术已制备出各种异种金属复合材料，如Al/Cu、Mg/Al、Zr/Nb、Al/Ti/Mg等。

α-Mg单相Mg-Li合金具有密排六方晶体结构，β-Li单相Mg-Li合金具有体心立方晶体结构。通常，具有不同晶体结构类型的合金复合时由于晶格间存在一定的半共格或非共格界面，难以实现较好的界面结合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种界面结合性能好，抗拉强度及延伸率大的高强韧性镁锂合金层状复合材料。本发明的目的还在于提供一种能提高复合板材的界面结合强度、延伸率等力学性能的高强韧性镁锂合金层状复合材料的制备方法。

本发明的高强韧性镁锂合金层状复合材料是由α-Mg单相Mg-Li合金板材和β-Li单相Mg-Li合金板材经累积叠轧及退火处理所得到的镁锂合金层状复合材料。

本发明的高强韧性镁锂合金层状复合材料还可以包括：

1、所述α-Mg单相Mg-Li合金板材的质量百分含量为Li:4.5％～5.5％，Al:0.5％～2.0％，不可避免的Fe、Cu、Ni、Mn、Si杂质总量小于0.03％，余量为Mg；所述β-Li单相Mg-Li合金板材的质量百分含量为Li:11.5％～15.0％，Al:0.5％～2.0％，不可避免的Fe、Cu、Ni、Mn、Si杂质总量小于0.03％，余量为Mg。

2、所述α-Mg单相Mg-Li合金板材和β-Li单相Mg-Li合金板材的初始厚度均为2mm。

本发明的高强韧性镁锂合金层状复合材料的制备方法为：