[发明专利]一种可双级时效强化的Mg-Sn-Li-Zn系镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种可双级时效强化的Mg‑Sn‑Li‑Zn系镁合金及其制备方法，以科学计算指导合金成分设计，Sn和Li含量在Mg‑Sn‑Li相图的特定区域内，Zn含量在Mg‑Zn相图的特定区域内。本发明合金以Li₂MgSn为主要析出相，以第一级时效中形成的纳米富Zn亚稳相促进纳米尺度Li₂MgSn形核，提高时效强化效果。结合塑性变形加工方法，细化晶粒并引入位错亚结构，进一步提高合金的力学性能。本发明合金可再含有Ca、Mn、Na、Sr、Si、Zr元素中的至少一种，合金的综合性能好，除了可用于镁合金作为结构材料的常规应用场合，还可用于制备人体植入医疗器件。

技术领域

本发明涉及一种可双级时效强化的Mg-Sn-Li-Zn系镁合金的成分设计及其制备方法，属于有色金属材料及冶金领域。

背景技术

Mg-Al-Zn(AZ)系镁合金是最广泛的商用镁合金，然而由于合金组织中的主要第二相Mg₁₇Al₁₂的熔点低(458℃)，Mg-Al共晶温度低(437℃)和Al偏聚在晶界降低约比温度等原因，AZ系镁合金的抗蠕变性能(或称耐热性)较低，长期服役温度一般不超过120℃。有两条途径可以提高镁合金的抗蠕变性能，一是基于AZ系进行合金成分优化，二是用其他元素取代主合金化元素Al，例如用Sn取代Al。传统Mg-Sn系镁合金的主要第二相是Mg₂Sn，熔点高(770℃)，Mg-Sn共晶温度高(561℃)，因此抗蠕变性能优于AZ系镁合金。由于形成较高体积分数的Mg₂Sn第二相，铸态Mg-10Sn合金在150℃的抗蠕变性能优于耐热Mg-4Al-2RE(AE42)合金。

Li的密度约为0.5g/cm³，约为Mg的29％，在Mg中加入Li能进一步降低镁合金的密度，获得更高的比强度和比刚度。但是，Li的加入会使镁合金更容易被氧化，因此其加入量不宜过多。

文献1公开了一种具有阻燃性的Mg-Li-Sn合金及其加工工艺，所述镁合金含有8种合金化元素，余量为Mg。按质量百分比计，其中Li：10～12％，Sn：2～9％，不含Zn，可知Li含量总是大于Sn含量。所述镁合金可进行单级时效处理，制度为：真空，160℃，2.4h。该文献没有对所述镁合金时效前后的合金组织进行描述。

文献2公开了一种骨科植入镁合金材料及制备方法，所述镁合金含有多种合金化元素，按质量百分比计，其中Li：1～1.8％，Sn：0.5～0.85％，Zn：1.5～3％，可知Li含量总是大于Sn含量。该文献对所述镁合金组织的描述中没有Mg₂Sn或Li₂MgSn第二相，并且没有与时效强化有关的说明。

文献3公开了一种无凝固收缩特性高硬度铸造用镁合金及其工艺，所述镁合金含有多种合金化元素，按质量百分比计，其中Li：0.6～0.8％，Sn：5～8％，不含Zn，可知Sn含量总是大于Li含量。该文献中有消除铸造应力的真空退火，但是没有与时效强化有关的说明。

文献4公开了一种500～600度用耐氧化高储能密度镁合金及工艺，所述镁合金含有多种合金化元素，按质量百分比计，其中Li：2.0～3.0％，Sn：1.0～1.2％，Zn：2.5～2.8％，可知Li含量总是大于Sn含量。该文献没有关于时效强化的说明。

文献5公开了一种具备优异铸造性能和传热性能的单相α镁锂合金，所述镁合金含有多种合金化元素，按质量百分比计，其中Li：3.5～4.2％，Sn：0.6～0.8％，不含Zn，可知Li含量总是大于Sn含量。所述镁合金可进行单级时效处理，制度为：真空，160℃，1.4h。该文献中没有对所述镁合金时效前后的合金组织进行描述。

现有技术文献

文献1(专利)：CN107630158A，一种具有阻燃性的Mg-Li-Sn合金及其加工工艺，

文献2(专利)：CN108286003A，一种骨科植入镁合金材料及制备方法，