CN102011021A - 真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，属于镁合金材料制备新技术领域。工艺步骤为：根据还原反应的化学计量配置反应物，将固体反应物制粉并混合均匀，然后压制成块并装入还原罐，在真空度1-20Pa，温度1000-1500℃下进行真空热还原，收集反应生成的Mg、Li、Sr蒸汽并冷凝为凝聚态Mg-Li-Sr合金。本发明在配料中同时添加了待还原的镁、锂和锶的氧化物或其前躯体，通过镁、锂和锶的同步真空热还原，直接制备Mg-Li-Sr合金。与传统方法相比，本发明制造流程短，材料利用率高，成本低，具有良好的经济性和工艺性。本发明制备的Mg-Li-Sr合金的化学成分为含Li：1-40％wt，Sr：0.05-5％wt，其余为Mg和不可避免的杂质。

Description

真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法

技术领域

本发明属于镁合金材料制备技术领域，具体涉及一种真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的新方法。

背景技术

Mg-Li系列合金是目前最轻的金属结构材料，也称为超轻镁合金，用作结构材料时可以大幅度减小结构件的质量，它具有低密度，高比强度，良好的变形性能等优异特征，在航空航天和兵器工业等领域有广阔的应用前景。但是传统的Mg-Li合金的耐蚀性能低于一般的镁合金，而且其性能不稳定，在稍高的温度(50-70℃)下就会过时效，导致其在较低的载荷下发生过度蠕变。Mg-Li合金的力学性能不高，制约了其应用发展。锶是一种有效变质剂，很多研究报道表明锶加入镁合金中，可以细化晶粒，显著的改善镁合金的蠕变性能，提高耐蚀性能等。向Mg-Li合金中加入金属锶，可以显著改善Mg-Li合金的抗蠕变性能、抗腐蚀性能等，本发明在此基础上设计制备出Mg-Li-Sr合金。

传统的生产Mg-Li-Sr合金的工艺方法主要是对掺法和熔浸还原法。

对掺法是将金属镁和合金元素在熔融状态下对掺，冷凝后形成镁合金的方法。采用对掺法制备Mg-Li-Sr合金时，锂和锶必须以纯金属的形式加入，由于锶和锂的化学活性高，熔融状态下蒸汽压大，在合金熔炼过程中氧化和蒸发损失大，材料的利用率不高，工艺流程长，经济性差。

熔浸还原法是将合金元素的化合物加入到镁熔体中，通过熔浸还原向镁熔体中添加合金元素。用此种方法制备Mg-Li-Sr合金时，由于镁合金的熔融温度只有600-800℃，温度较低，锶和锂的熔浸还原动力学驱动力较小，锶和锂的化合物还原率低，温度升高，锶和锂的熔浸还原动力学驱动力增大，但是锶和锂的蒸发损失也变大，总体上用熔浸还原制备Mg-Li-Sr合金时材料利用率低，生产周期较长，经济性较差。

真空热还原法材料利用率高，生产效率高、制造成本低、易于实现大批量生产，已在易蒸发金属生产中得到广泛的应用，具有良好的技术经济性，但将真空热还原用于Mg-Li-Sr合金的制备尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是：克服现有的对掺法和熔浸还原法制备Mg-Li-Sr合金材料利用率低、生产周期长、经济性差等不足，提供一种真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的新方法。

本发明的技术方案为：

(1)备料：原材料由金属镁、金属锂和金属锶的氧化物或其前躯体、还原剂和助剂组成；

(2)将原材料粉碎至颗粒直径小于0.1mm并混合均匀，将粉碎并混合均匀的原材料压制成块；

(3)根据计算用量将反应物料装入还原罐，在真空度1-20Pa，温度1000-1500℃下还原3-10小时；

(4)收集反应生成的合金蒸汽并冷凝得到凝聚态Mg-Li-Sr合金。

同时，可以通过将还原原料制成微粉使还原反应更加彻底；还原过程中，也可以通过搅拌反应物料或旋转还原罐等措施，强制扰动反应物料，促进反应进行。

其中，可通过调整原材料中镁元素、锂元素和锶元素的质量比制备出不同成分的Mg-Li-Sr合金；原材料中的氧化镁、氧化锂和氧化锶可以用在高温下产生氧化镁、氧化锂和氧化锶的化合物或矿石部分或全部代替；还原剂可以是硅铁、硅铜、硅铝等合金，也可以是金属铝或碳单质。

本发明所制备的Mg-Li-Sr合金中含Li：1-40％wt，Sr：0.05-5％wt，其余为镁和不可避免的杂质。

本发明的优势在于：与现有的硅热炼镁和真空热还原制备有色金属相比，本发明在配料中同时添加了待还原的镁、锂和锶的氧化物或其前躯体，实现了镁、锂和锶的同步真空热还原，直接制备Mg-Li-Sr合金。本发明制造流程短，材料利用率高，成本低，具有良好的经济性和工艺性；可以实现不同成分的Mg-Li-Sr合金的高效率、低成本、大批量的生产。

具体实施方式

以下结合实施例具体说明本发明。

实施例1

(1)备料，原材料为：氧化镁，氧化锂，氧化锶，氧化钙，Si含量75％wt的硅铁，氟化钙，配料质量比为：氧化镁∶氧化锂∶氧化锶∶氧化钙∶硅铁∶氟化钙＝100∶8∶1∶145∶47∶10；

(2)将反应物料粉碎到颗粒直径小于0.10mm并混合均匀，将粉碎并混合均匀的原材料压制成块，成型压力：15MPa；

(3)根据计算用量将反应物料装入还原罐，在真空度1-20Pa，温度1200±50℃下还原5小时；

(4)收集反应生成的合金蒸汽并冷凝得到凝聚态Mg-Li-Sr合金。其化学成分为含Li：5％wt，Sr：0.5％wt，其余为Mg和不可避免的杂质。

实施例2

(1)备料，原材料为：氧化镁，氧化锂，氧化锶，氧化钙，Si含量75％wt的硅铁，氟化钙，配料质量比为：氧化镁∶氧化锂∶氧化锶∶氧化钙∶硅铁∶氟化钙＝36∶6∶1∶60∶18∶4；

(2)将反应物料粉碎到颗粒直径小于0.10mm，并混合均匀，并将粉碎并混合均匀的原材料压制成块，成型压力：15MPa；

(3)根据计算用量将反应物料装入还原罐，在真空度1-20Pa，温度1400±50℃下还原3小时；

(4)收集反应生成的合金蒸汽并冷凝得到凝聚态Mg-Li-Sr合金。其化学成分为含Li：10％wt，Sr：2％wt，其余为Mg和不可避免的杂质。

实施例3

(1)备料，原材料为：氧化镁含量90％wt的煅烧镁矿，氧化锂含量80％的煅烧锂矿，氧化锶含量80％的煅烧锶矿，氧化钙，Si含量75％wt的硅铁，氟化钙，配料质量比为：煅烧镁矿∶煅烧锂矿∶煅烧锶矿∶氧化钙∶硅铁∶氟化钙＝31∶10∶2∶50∶20∶4；

(2)将反应物料粉碎到颗粒直径小于0.10mm，并混合均匀，并将粉碎并混合均匀的原材料压制成块，成型压力：15MPa；

(3)根据计算用量将反应物料装入还原罐，在真空度1-20Pa，温度1200±50℃下还原6小时；

(4)收集反应生成的合金蒸汽并冷凝得到凝聚态Mg-Li-Sr合金。其化学成分为含Li：15％wt，Sr：3％wt，其余为Mg和不可避免的杂质。

实施例4

(1)备料，原材料为：氧化镁，氧化锂，氧化锶，氧化钙，Si含量75％wt的硅铁，氟化钙，配料质量比为：氧化镁∶氧化锂∶氧化锶∶氧化钙∶硅铁∶氟化钙＝31∶12∶2∶62∶20∶4；

(2)将反应物料粉碎到颗粒直径小于0.10mm并混合均匀，将粉碎并混合均匀的原材料压制成块，成型压力：15MPa；

(3)根据计算用量将反应物料装入还原罐，在真空度1-20Pa，温度1200±50℃下还原5小时；

(4)收集反应生成的合金蒸汽并冷凝得到凝聚态Mg-Li-Sr合金。其化学成分为含Li：20％wt，Sr：5％wt，其余为Mg和不可避免的杂质。

Claims (6)

1.一种真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，其特征是，原料由MgO、Li₂O、SrO、还原剂和助剂组成。工艺步骤为：根据还原反应的化学计量配置反应物；将固体反应物制粉并混合均匀；将反应物粉末压制成块并放入还原罐中，原料在真空度1-20Pa，温度1000-1500℃下进行热还原反应3-10小时，收集反应生成的合金蒸汽，冷凝后得到凝聚态Mg-Li-Sr合金，其特征是，实现了金属镁、金属锂和金属锶的同步还原，直接制备Mg-Li-Sr合金。

2.根据权利要求1所述的真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，其特征是，所述的MgO可用在高温下产生MgO的镁矿或镁的化合物代替。

3.根据权利要求1所述的真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，其特征是，所述的Li₂O可用在高温下产生Li₂O的锂矿或锂的化合物代替。

4.根据权利要求1所述的真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，其特征是，所述的SrO可用在高温下产生SrO的锶矿或锶的化合物代替。

5.根据权利要求1所述的真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，其特征是，还原剂可以是硅铁、硅铜、硅铝等合金，也可以是单质铝或碳。

6.根据权利要求1所述的真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法，其特征是，所制备的Mg-Li-Sr合金中含Li：1-40wt％，Sr：0.05-5wt％，其余为镁和不可避免的杂质。