[发明专利]一种稀土合金化的镁锂合金或铝锂合金的制备方法

说明书

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种稀土合金化的镁锂合金或铝锂合金的制备方法。为解决Mg‑Li/Al‑Li合金强度低、高温蠕变性差等问题，同时为了解决原位生成法中，含铝的镁锂合金或铝合金中，第二相Al_mRE_n的形貌、含量、尺寸等不可控的问题，以及采用Mg‑RE/Al‑RE中间合金制备稀土合金化的镁锂/铝锂合金时成本过高、收率低的问题，本发明以Mg‑Li/Al‑Li合金作为基体合金，将低成本的纳米或微米级的RE_pO_q颗粒来代替高成本的Mg‑RE/Al‑RE中间合金作为前驱体添加到Mg‑Li/Al‑Li合金熔体中，实现稀土合金化。本发明降低了稀土合金化的镁锂/铝锂合金的制备成本，操作简单，实现难度小，很容易实现工业化生产，并且所制备得到的稀土合金化的Mg‑Li/Al‑Li合金具有十分优异的综合力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种稀土合金化的镁锂合金或铝锂合金的制备方法。

背景技术

镁锂(Mg-Li)/铝锂(Al-Li)合金分别作为最轻和较轻的金属结构材料，具有高比刚度、高的弹性模量，良好的切削加工性能以及塑性变形性能。其在航空、航天，军工、汽车工业以及3C等领域得到了广泛地应用。然而，Mg-Li/Al-Li合金也存在强度低和抗高温蠕变性差等一系列问题。这导致Mg-Li/Al-Li合金应用领域受限。

Mg-Li/Al-Li合金中添加稀土元素(RE)不仅可以提高合金铸造性能，而且还可以去除氧化物夹杂、细化晶粒、提高抗腐蚀性能等。此外，稀土元素在Mg-Li合金中大多拥有较大的固溶度和较好的析出强化能力，可以使Mg-Li合金的强度和延伸率同时获得提高；而在Al-Li合金中由于稀土元素的平衡固溶度很小，扩散系数很低，可以形成耐高温的金属间化合物，从而提高Al-Li合金的高温性能。

当在含有Al元素的Mg-Li合金中或在Al-Li合金中，加入少量RE时，由于RE与Al元素之间的电负性差比RE与其他元素之间的电负性差大，RE与Al元素将优先于RE与其他元素之间形成较细的Al_mRE_n化合物。这种原位生成的Al_mRE_n相不仅硬度高而且与镁基体和铝基体的晶格匹配度良好，可以显著地改善Mg-Li/Al-Li合金的力学性能。尽管Al_mRE_n相在Mg-Li/Al-Li合金当中的作用极为重要，但是在其制备工艺上仍存在很多不足之处。首先，随着RE添加量的增加，Al_mRE_n相的尺寸将变的粗大，且分布极其不均匀，导致其强化效果大大降低，且原位生成的Al_mRE_n相的形貌、尺寸、含量及其分布情况等均无法控制，这对于高强韧Mg-Li/Al-Li合金的制备是不利的。其次，在Mg-Li/Al-Li稀土合金的工业制备过程中，往往是通过添加Mg-RE/Al-RE中间合金的方式添加RE元素，而目前的Mg-RE/Al-RE中间合金的工业化生产方式主要有两种：第一种方式是通过RECl₃+MgCl₂/AlCl₃混合盐电解得到Mg-RE/Al-RE金属间化合物，其RE含量在5％～10％范围内；第二种方式是通过稀土氧化物(RE_pO_q)直接电解得到RE元素单质，然后将RE与Mg/Al进行熔融冶炼得到Mg-RE/Al-RE中间合金，其稀土含量最高可达30％左右。然而，这些方法都涉及多个制备步骤，且参数多，使得Mg-RE/Al-RE中间合金的制备成本很高。这直接导致了Mg-Li/Al-Li稀土合金的制备成本大幅度的增加，从而限制了Mg-Li/Al-Li合金的应用。再者，由于Mg-RE/Al-RE中间合金中容易形成Mg/Al-RE相，导致RE元素的收率大大降低。可见，在Mg-Li/Al-Li合金中稀土元素含量的少量和大量的添加均很难控制，这使得Mg-Li/Al-Li合金的综合力学性能难以得到精准的调控。同时，高的稀土含量的添加会使得Mg-Li/Al-Li合金的成本及密度大幅度增加，这使得Mg-Li/Al-Li合金应用优势和低密度优势大打折扣。