[发明专利]一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于铝锂合金技术领域，具体涉及一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用。本发明通过复合微合金化，并采用真空熔铸及变形加工、热处理等工艺，解决了高Li、Mg含量带来的氧化烧损和分层偏析问题，获得强塑性匹配良好的超轻铝锂合金。所述超轻铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：3.0~8.0%，镁：3.0~9.0%，铍：0.01~0.03%，锑：0.01~0.30%，锰：0.10~0.80%，钛：0.02~0.20%，钪：0.10~0.30%，锆：0.05~0.30%，余量为铝。本发明获得的超轻铝锂合金具有优异综合性能，能够实现密度在2.18g/cm³，抗拉强度为340MPa，屈服强度为308MPa，断后伸长率为10.4%的性能。该超轻铝锂合金强塑性良好，可作为一种先进的轻量化结构材料，替代飞行器上常规铝合金的构件。

技术领域

本发明属于铝锂合金加工技术领域，具体涉及一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用。

背景技术

超轻铝锂合金作为一种轻质的金属结构材料，合金中每添加1％的锂，密度降低3％，如采用超轻铝锂合金代替常规铝合金可使结构质量减轻15％～30％，弹性模量提高9％，刚度提高15％～20％，对实现航空航天装备轻量化具有重大意义，应用前景广阔。

超轻铝锂合金的主要研发思路为在合金中添加较高含量的Li(0.53g/cm³)和Mg(1.74g/cm³)，但熔炼过程中Li、Mg较轻，易氧化、易燃，并且Li含量一旦超过3％，采用传统铸造冶金法生产出来的合金会出现严重的分层偏析现象。

耿桂宏等人采用真空电磁模拟微重力熔炼技术虽然可有效解决氧化和偏析问题(参见文献《耿桂宏,达道安,郝维新,张天平,罗岩.微重力电磁模拟制备高锂含量铝锂合金[J].特种铸造及有色合金,2003(02):11-13+3.》)，但所制备的合金仅含Al、Li两种元素，塑性差，而且受成本和铸锭尺寸限制，仅适用于实验室研究，无法进行工业化生产。

而且当铝锂合金中Li、Mg含量较高时，在晶界上会析出大尺寸难溶脆性相，如Al₆Cu(LiMg)₃和β相(Mg₅Al₈或Mg₂Al₃)等，对材料性能有害，尤其是存在塑性差的问题。例如，公开号为CN 112853172 A的中国专利公开了一种超低密度铝锂合金及其制备方法，通过在合金中加入较高比例的Mg元素(9～12.5％)，以实现对合金性能的改善，但因晶界上存在较多的富Mg脆性相，塑性较差，断后伸长率仅6％左右。

因此，急需开发一种新的超轻铝锂合金以及适宜工业化生产的制备工艺来解决合金成分分层偏析的问题，同时改善合金的塑性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种超轻铝锂合金，通过复合微合金化，并采用真空熔铸及变形加工、热处理等工艺，解决了高Li、Mg含量带来的氧化烧损和分层偏析问题，获得强塑性匹配良好的超轻铝锂合金。

本发明还提供了上述超轻铝锂合金的制备方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种超轻铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：3.0～8.0％，镁：3.0～9.0％，铍：0.01～0.03％，锑：0.01～0.30％，锰：0.10～0.80％，钛：0.02～0.20％，钪：0.10～0.30％，锆：0.05～0.30％，余量为铝。

所述超轻铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照合金中各组分的质量百分比进行配料；将所配原料于720～860℃氩气气氛下熔炼，得到金属液；