[发明专利]一种超轻高强镁锂合金的制备方法

说明书

一种超轻高强镁锂合金的制备方法，按成分设计称取镁块、铝块烘干熔炼；将Mg‑Sm中间合金加入到上述合金熔体中保温处理；再将纯锂用铝箔包裹分批加入到上熔体中，每批保温2~4min；然后升温至700℃，保温后浇铸成铸锭。铸锭各组分重量百分比：Al4.5~5.1%，Li8.2~9.1%，Sm0.3~1.0%，余为镁。将铸锭均匀化处理，处理温度250℃，保温4~8 h；然后热挤压，挤压温度250℃，挤压比25，挤压速度1.5~2m/min。本发明镁锂合金组织中晶粒细小的双相组织，其强度高达285Mpa，密度1.4~1.5g/cm³，比现有镁合金降低了约20%。且工艺简单、安全可靠，操作方便，无三废污染。

技术领域

本发明属于合金或有色金属的处理技术领域。

背景技术

镁合金是目前可应用的最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振性能优异、导热性好、易回收等优点，在航空航天、汽车制造、家电仪表、电子通讯、生物医学等领域有着极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。同时镁作为地球上分布最广的元素之一，广泛分布于地壳之中，海水中也有大量的镁元素，其在海水中的总量达到6×10⁶t，设想假如传统的金属材料（如钢铁、铝合金）用镁合金代替，在大幅度减轻汽车的重量和尾气排放量，从而提高燃油效率的同时缓解了传统金属材料资源紧张的难题。因此，镁合金在汽车、电子通讯、航空航天和国防军事等领域有着广阔的应用前景，尤其是近年来，随着人们对节能减排和构件轻量化要求的不断提高，对镁合金的运用和研究就显得尤为迫切。

虽然，镁合金相比传统材料有其独特的优势，但是，镁合金也存在塑性不足，变形能力差等缺点。据研究发现，传统的镁和镁合金为密排六方(hcp)晶格结构，其在室温下仅有一个{0001}滑移面和两个{0001}1120独立滑移系，因此镁合金主要靠滑移与孪生相互作用进行塑性变形，但镁晶体中的滑移仅发生在滑移面与拉力方向相倾斜的某些晶体内，这极大地限制了滑移过程，而且这种取向下难以发生孪生，以致镁晶体会快速的发生脆性断裂。镁合金的这一缺点在很大程度上限制了它的应用。

金属镁与锂之间有着很奇妙的结构转变。金属锂为体心立方(bcc)晶格结构，在镁（或镁合金）中加入锂能降低密排六方结构(hcp)的镁晶格轴比 c/a 值，且锂的添加量达到一定值后，合金将完全转变为体心立方结构。在二元 Mg-Li合金中，当锂的质量分数低于5.7 %时，合金由密排六方晶格的α-Mg（Li在Mg内的固溶体）单相组成；当锂的质量分数高于10.3 %时，合金则由单一的具有体心立方晶格的β-Li（Mg在Li 内固溶体）相组成；当锂元素的质量分数介于 5.7%和10.3%间时，合金则由密排六方晶格的α相和体心立方晶格的β相双相组成。与传统的具有密排六方晶格的镁合金相比，Mg-Li系列合金由于其特有的晶格结构而具有较好的塑性。但同时 Mg-Li合金存在的绝对强度低、热稳定性及抗腐蚀性差等缺点，也严重限制了其在工业生产方面的应用，因此,人们研究了通过添加合金化元素和不同的热加工手段来提高Mg-Li合金的性能。

稀土被普遍认为是提高镁合金机械性能最直接和最有效的合金元素，其中，Sm与镁的原子尺寸接近，在镁中的固溶度（最大为5.8%） 比La、Ce、Pr、Nd大，可实现固溶强化、细晶强化等强化作用，从而提高镁合金的强度。因而，稀土元素Sm在镁合金中的显著作用逐渐引起了众多研究者的重视。