CN100554483C - 一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金及其制备方法 - Google Patents

一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金及其制备方法。步骤1：在氩气气氛的中频真空感应熔炼炉内，按质量比7∶3将Mg和Li混合均匀熔化，冷却后得到二元合金铸锭；步骤2：将步骤1得到的二元合金铸锭机械粉碎，然后按名义成分(MgLi)xAl60-xCu20Zn20，其中30≤x≤35的不同配比称取原料；步骤3：将中频感应熔炼炉抽真空，然后充入10-2Pa的氩气，在氩气保护下熔炼(MgLi)xAl60-xCu20Zn20合金；步骤4：将步骤3得到的熔融态(MgLi)xAl60-xCu20Zn20合金浇铸到铜模型腔内，制备成大块非晶合金。本发明Li元素加入镁合金中，使合金微观晶体结构由hcp结构转变为bcc结构，这将有效地提高合金的机械性能；采用加入Al和Zn元素的合金化方法，有效地提高了Mg-Li合金的力学性能；加入Cu元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，从而能够制备出较大尺寸的非晶合金。

Description

一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种合金，特别是涉及一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金。
(二)背景技术
镁及其合金是迄今为止在工程上广泛应用的最轻的金属结构材料。镁合金具有高的比强度和比刚度，其中Mg-Li合金是一种新型镁合金，它轻如塑料而坚如金属，变形性比其他镁合金好，在汽车、电子、电器、航空、航天和国防工业等领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着快速凝固技术的飞速发展，人们加大了对高性能、低能耗的非晶、纳米晶及其复合材料的研究力度。与传统的镁合金相比，非晶态镁合金的强度可提高2～3倍，比强度还会成倍提高。同时，它还具有更高的比刚度、良好的超塑性和耐腐蚀性能等一系列优点，是一种极具发展潜力的新型金属结构材料，因此引起了人们的广泛关注，已经成为当前材料工作者的主要研究目标。目前，已发现的镁基非晶态合金主要有Mg-Ca、Mg-Ni、Mg-Cu、Mg-Zn、Mg-Ln和Mg-Ln-Tm(Ln：稀土金属；Tm：过渡金属)等二元和三元体系，但是对Mg-Li基非晶合金的研究还没有相关报道。基于上述Mg-Li合金所具有的优异性能及其广泛的应用前景，因而有必要加大Mg-Li基非晶态合金制备和性能研究的力度，获得大尺寸的块体非晶合金，使其适合于工程应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良机械性能、力学性能的镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金；本发明的目的还在于提供一种可以改善合金的性能、又具有较大尺寸的块体镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
该系非晶合金的结构式为(MgLi)xAl60-xCu20Zn20，其中x为锂占质量百分比为30％的MgLi合金的原子百分数，30≤x≤35。
本发明提供一种上述镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：在氩气气氛的中频真空感应熔炼炉中，按质量比7∶3将Mg和Li混合均匀熔化，冷却后得到二元合金铸锭；
步骤2：将步骤1得到的二元合金铸锭机械粉碎，将纯度为99.5％的工业铝锭、纯度为99.8％的高纯铜锭、纯度为99.99％的高纯锌块和已熔炼的镁锂合金按成分配比(MgLi)xAl60-xCu20Zn20，称取原料，其中30≤x≤35；
步骤3：将中频感应熔炼炉抽真空，然后充入10-2Pa的氩气，在氩气保护下将步骤2称取的原料熔炼，得到的熔融态(MgLi)xAl60-xCu20Zn20合金；
步骤4：将步骤3得到的熔融态(MgLi)xAl60-xCu20Zn20合金浇铸到铜模型腔内，制备成大块非晶合金。
步骤5：采用X射线衍射法表征所得样品的组织结构；利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值表征其力学性能。
本发明具有的优益之处在于：
1、Li元素加入镁合金中，使合金微观晶体结构由hcp结构转变为bcc结构，这将有效地提高合金的机械性能；
2、采用加入Al和Zn元素的合金化方法，有效地提高了Mg-Li合金的力学性能；
3、加入Cu元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，从而能够制备出较大尺寸的非晶合金。
(四)附图说明
图1为本发明提出的Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金的XRD图；
图2为本发明提出的Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金的硬度值柱状图。
(五)具体实施方式
实施例1
该实施例采用铜模铸造法成功制备出直径5mm的(MgLi)35Al25Cu20Zn20大块非晶合金。
步骤1：将纯度为99.5％的工业铝锭、纯度为99.8％的高纯铜锭、纯度为99.99％的高纯锌块和已熔炼的镁锂合金(锂的质量百分比为30％)，按成分配比(MgLi)35Al25Cu20Zn20称取原料；
步骤2：先把上述称取的原料放入中频感应熔炼炉的坩埚内，然后将中频感应熔炼炉抽真空后充入10-2Pa的氩气，调节电压升温至1000℃加热1小时，直至合金熔化均匀；
步骤3：将熔融态的金属液浇铸到铜模型腔内，从而制备出大块非晶合金；
步骤4：采用X射线衍射法表征该大块非晶合金样品的结构，如图1所示；
步骤5：利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值，如图2所示。
实施例2
该实施例采用铜模铸造法成功制备出直径5mm的(MgLi)30Al30Cu20Zn20大块非晶合金。
步骤1：将纯度为99.5％的工业铝锭、纯度为99.8％的高纯铜锭、纯度为99.99％的高纯锌块和已熔炼的镁锂合金(锂的质量百分比为30％)，按成分配比(MgLi)30Al30Cu20Zn20称取原料；
步骤2：先把上述称取的原料放入中频感应熔炼炉的坩埚内，然后将中频感应熔炼炉抽真空后充入10-2Pa的氩气，调节电压升温至1000℃加热1小时，直至合金熔化均匀；
步骤3：将熔融态的金属液浇铸到铜模型腔内，从而制备出大块非晶合金；
步骤4：采用X射线衍射法表征该大块非晶合金样品的结构，如图1所示；
步骤5：利用HXS-1000Z型硬度计测量样品的硬度值，如图2所示。

Claims (4)

1、一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金，其特征是：该系非晶合金结构式为(MgLi)xAl60-xCu20Zn20，其中x为锂占质量百分比为30％的MgLi合金的原子百分数，30≤x≤35。
2、根据权利要求1所述的镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金，其特征是：它是直径5mm的(MgLi)35Al25Cu20Zn20大块非晶合金。
3、根据权利要求1所述的镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金，其特征是：它是直径5mm的(MgLi)30Al30Cu20Zn20大块非晶合金。
4、一种镁锂基Mg-Li-Al-Cu-Zn系大块非晶合金的制备方法，其特征是：
步骤1：在氩气气氛的中频真空感应熔炼炉中，按质量比7∶3将Mg和Li混合均匀熔化，冷却后得到二元合金铸锭；
步骤2：将步骤1得到的二元合金铸锭机械粉碎，将纯度为99.5％的工业铝锭、纯度为99.8％的高纯铜锭、纯度为99.99％的高纯锌块和已熔炼的镁锂合金按成分配比(MgLi)xAl60-xCu20Zn20，称取原料，其中30≤x≤35；
步骤3：将中频感应熔炼炉抽真空，然后充入10-2Pa的氩气，在氩气保护下将步骤2称取的原料熔炼，得到的熔融态(MgLi)xAl60-xCu20Zn20合金；
步骤4：将步骤3得到的熔融态(MgLi)xAl60-xCu20Zn20合金浇铸到铜模型腔内，制备成大块非晶合金。
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