[发明专利]一种高强度低密度bcc结构镁锂合金棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度低密度bcc结构镁锂合金棒材，其原料按重量百分比如下：Li：10.2‑13.2％、Al：4.7‑5.9％、Zn：1.6‑2.4％、Y：0.2‑0.7％，余量为Mg及其杂质元素，杂质元素包括Ca、Fe、Cu、Ni，总量小于0.2％，其中Fe≤0.04％，Ca≤0.03％。本发明通过合金元素种类与比例关系的合理匹配，添加了微量Y元素并与基体Mg元素形成了Al2Y强化相来提高合金的强度；本发明采用的是Mg‑Y中间合金的方式加入到熔体中进行熔炼，降低了合金成本，有利于工业化生产；本发明采用的是在非真空条件下进行了半连续铸造工艺，一方面降低了实验操作的复杂性，另一方面提高了熔体纯净度与合金收得率，为后来的高强度超轻镁锂合金奠定了基础。

技术领域

本发明涉及镁锂合金棒材领域，尤其涉及一种高强度低密度bcc结构镁锂合金棒材及其制备方法。

背景技术

镁锂合金是目前地球上最轻的合金材料，密度为1.35-1.65g/cm3，是一般铝合金密度的1/3-1/2，是普通镁合金密度的1/4-1/3,。镁锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、良好的抗高能粒子穿透性能、优良的电磁屏蔽性能、良好的焊接性能以及优异的冷成型能力等诸多优点，因而被广泛地应用在航空、航天、军事、通讯、3C电子产品等领域中，被誉为“21世纪绿色工程材料”。近年来，世界工业化生产对节能减排、降低能耗、保护环境等要求，激发了镁锂合金在未来广泛的发展潜力。目前，我国的航空航天等诸多领域对材料轻量化的迫切需求为镁锂合金的发展与应用提供了更多的机遇与挑战。镁合金中加入锂元素，合金的密度逐渐下降，塑性逐渐增加，但强度逐渐降低。镁锂合金强度低、开发成本高、操作复杂等缺点限制了镁锂合金在国民经济中的应用。因此，制备出高强度超轻镁锂合金并开发出一套简单有效并适用于工业化生产的制备工艺具有非常重要的意义。

在镁中随着Li元素的不断加入，镁锂合金的基体结构也在不断发生变化。当Li含量低于5.7wt.％时，合金基体主要由α-Mg组成，当Li含量为5.7wt.％-10.3wt.％时，合金基体变为α+β双相结构，当Li含量高于10.3wt.％时，合金基体完全转变为β-Li单相结构。镁锂合金常用的合金元素包括Al、Zn等元素。研究表明，Al元素对镁锂合金有明显的强化作用，在Al含量低于6wt.％时，强度增加非常明显，但高于6wt.％时，强度走势呈平缓状态，所以Al含量的加入要低于6wt.％。Zn元素对镁锂合金也有相似的强化作用，在同等质量下，Zn元素的强化效果没有Al元素明显，但考虑到合金的低密度，所以Zn元素的含量不宜过高。稀土元素也是镁锂合金的强化元素。随着Y元素的加入，合金中的Mg与Y会形成Mg24Y5强化相，经过后续热处理，Mg24Y5相逐渐被弥散球化，并且在β-Li相中的固溶度也不断增加，这样大大提高了镁锂合金的强度。在申请号为201110266610.2的专利中，公布了含Y元素的高塑性镁锂合金以及制备方法，虽然保证了合金的高塑性，但是其合金的强度较低，为145-175MPa。这样势必限制了镁锂合金的应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高强度低密度bcc结构镁锂合金棒材及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高强度低密度bcc结构镁锂合金棒材，其原料按重量百分比如下：Li：10.2-13.2％、Al：4.7-5.9％、Zn：1.6-2.4％、Y：0.2-0.7％，余量为Mg及其杂质元素，杂质元素包括Ca、Fe、Cu、Ni，总量小于0.2％，其中Fe≤0.04％，Ca≤0.03％。

本发明还提供了一种权利要求1所述的高强度低密度bcc结构镁锂合金棒材的制备方法，包括如下步骤：

S1：准备纯镁锭、纯锂带、纯铝锭、纯锌锭和Mg-25％Y中间合金作为原料；

S2：在720℃下待合金全部熔化后，在通入保护气的情况下，通过半连续铸造工艺制备出镁锂合金锭坯；