CN102418019B - 一种Mg-Li基复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种Mg-Li基复合材料。其成份配比为(Mg-xLi-uM)-yB-zC，其中x＝5-18，y＝2-10，z＝0.5-3，u＝0-4，M为Al等合金元素。物相组成为体心立方结构的Mg-Li基合金，B、C与基体合金形成的化合物强化相。强化相与基体有很好的界面结合强度，弥散分布于基体之中。化合物强化Mg-Li基合金锭坯可进行挤压，锻压，热轧，冷轧成相应的棒材，板材。采用本发明Mg-xLi-uM-yB-zC成份配比，当其中x＝13.5-14.5，y＝4.4-7.0，z＝1.2-3，u＝1，M为Al时，经过挤压，锻压得到的棒材，室温抗拉强度达300-340MPa，密度为1.39-1.50g/cm3，延伸率为8-15％。是现有技术制备的Mg-Li基复合材料抗拉强度(162Mpa)的2倍。
Description
技术领域
本发明公开了一种Mg-Li基复合材料，属于金属复合材料制备技术领域。
背景技术
Mg-Li基合金是迄今为止比强度(材料强度/材料密度)最高的合金材料。主要应用于宇航，航空等领域中。强度较低，抗蚀性能较低是该材料的弱点，目前主要采用添加微量合金元素的方法(Al，Zn，Ag，Y等)来强化合金。采用复合材料的方法，用高强度的颗粒或者纤维来强化合金，一直是材料界努力的方向之一。B4C，B纤维是既能强化合金又不会过多地提高合金密度的增强组元。但在高温下，高锂含量的Mg-Li基合金对它们会有腐蚀作用，增强组元的强化作用得不到充分发挥。因此过去不得不采用粉末冶金方法将复合材料的制备温度控制在450℃以下，避免合金出现液相，防止合金与强化组元的过度反应。文献报道采用此方法合金实际抗拉强度由109MPa提高到162Mpa，比强度由71.4×103m2/s2提高到96.2×103m2/s2。迄今为止，因其工艺复杂性，控制难度大，复合材料强化工艺未能达到实用阶段，已形成牌号的合金目前还只有LA141(其成份配比为Mg-14Li-1Al)
发明内容
本发明的目的在于提供一种质量比强度高的Mg-Li基复合材料。
本发明一种Mg-Li基复合材料，包括下述组分按重量百分比组成：(Mg-xLi-uM)-yB-zC，其中x＝5-18，y＝2-10，z＝0.5-3，u＝0-4，M为合金基体的合金元素，余量为Mg；所述Mg-Li基复合材料由B、C与Mg-Li-M基体合金反应形成的硼化合物强化相分布于Mg-Li-M基体合金中构成。
本发明一种Mg-Li基复合材料中，所述Mg-xLi-uM-yB-zC中，Mg，Li为合金基体的主体元素，M为合金基体的合金元素，M选自Al、Zn、Ag，Y中的至少一种；B与C为生成强化相的加入的主体元素，它们与基体反应生成强化相。
本发明一种Mg-Li基复合材料中，所述Mg-Li基复合材料的基体的主相为具有体心立方晶体结构β相。
本发明一种Mg-Li基复合材料中，所述Mg-xLi-yB-zC-uM中，x＝8-16，y＝3-8，z＝0.8-2.5，u＝0.7-3，余量为Mg。
本发明一种Mg-Li基复合材料中，所述Mg-xLi-yB-zC-uM中，x＝13.5-14.5，y＝4.4-7.0，z＝1.2-2.2，u＝1，余量为Mg。
本发明的制备方法简述于下：将B4C粉按质量百分比Mg-mLi-nB-lC，(其中m＝25-35，n＝25-35，l＝5-15)加入熔点低于450℃的Mg-Li合金熔体中，搅拌，冷却后形成预混合合金。将预混合合金放入熔化的Mg-Li-M合金中，使其成份配比为Mg-xLi-uM-yB-zC，其中x＝5-18，y＝2-10，z＝0.5-3，u＝0-4，M为Al、Zn、Ag，Y中的至少一种。不断搅拌同时升温直到650-700℃之间，使B4C与合金基体充分反应。冷却后即获得硼化合物强化Mg-Li基合金锭坯。
硼化合物强化Mg-Li基合金锭坯可进行挤压，锻压，热轧，冷轧成相应的棒材，板材。
本发明与现有的镁锂合金与复合材料相比有如下特点。
本发明由于采用B、C与Li、Mg、M反应形成的硼化合物强化相；可以使复合材料的质量比强度有显著的提高。按Mg-xLi-yB-zC-uM成份配比，当其中x＝13.5-14.5，y＝4.4-7.0，z＝1.2-3，u＝1，M为Al时，经过挤压，锻压得到的棒材，室温抗拉强度达300-340MPa，密度为1.39-1.50g/cm3，延伸率为8-15％。是现有技术制备的Mg-Li基复合材料抗拉强度(162Mpa)的2倍。
具体实施方式：
实施例1
1、按Mg-mLi-nB-lC配料，其中m＝33，n＝25l＝8余量为Mg.
2、将金属Mg、Li及B4C粉放入氩气保护的电阻加热炉中加热到370℃，
3、金属熔化后加以搅拌，直到B4C粉粉末完全浸没其中，之后随炉冷却；得到预混合合金Mg-33Li-25B-8C；
4、将冷却后的锭子压制成为10×10×3的Mg-33Li-25B-8C碎块，备用；
5、将金属镁、金属锂、Mg-33Li-25B-8C按Mg-14Li-1Al-6B4C成份配比，首先将金属镁与金属锂在氩气保护炉中一起加热至590-610℃熔化，然后将Mg-33Li-25B-8C碎块加入，同时加以搅拌；
6、停止搅拌，继续升高温度，直到700℃，保温30分钟，随炉冷却；
7、冷却后在250℃下挤压成直径13的圆棒，在250℃下模锻成直径11mm的圆棒；其室温抗拉强度达320MPa，密度为1.47g/cm3，延伸率为11％。
实施例2
1、按Mg-mLi-nB-lC配料，其中m＝25，n＝30l＝5余量为Mg.
2、将金属Mg、Li及B4C粉放入氩气保护的电阻加热炉中加热到370℃，
3、金属熔化后加以搅拌，直到B4C粉粉末完全浸没其中，之后随炉冷却；得到预混合合金Mg-33Li-25B-8C；
4、将冷却后的锭子压制成为10×10×3的Mg-33Li-25B-8C碎块，备用；
5、将金属镁、金属锂、Mg-33Li-25B-8C按Mg-15Li-6B4C成份配比，首先将金属镁与金属锂在氩气保护炉中一起加热至590-610℃熔化，然后将Mg-33Li-25B-8C碎块加入，同时加以搅拌；
6、停止搅拌，继续升高温度，直到700℃，保温45分钟，随炉冷却；
7、冷却后在250℃下挤压成直径13的圆棒，在300℃下模锻成直径11mm的圆棒；其室温抗拉强度达155.2MPa，密度为1.46g/cm3，延伸率为23.22％。
实施例3
1、按Mg-mLi-nB-lC配料，其中m＝35，n＝35l＝15余量为Mg.
2、将金属Mg、Li及B4C粉放入氩气保护的电阻加热炉中加热到370℃，
3、金属熔化后加以搅拌，直到B4C粉粉末完全浸没其中，之后随炉冷却；得到预混合合金Mg-33Li-25B-8C；
4、将冷却后的锭子压制成为10×10×3的Mg-33Li-25B-8C碎块，备用；
5、将金属镁、金属锂、Mg-33Li-25B-8C按Mg-14Li-1Al-0.5Y-7B4C成份配比，首先将金属镁与金属锂在氩气保护炉中一起加热至590-610℃熔化，然后将Mg-33Li-25B-8C碎块加入，同时加以搅拌；
6、停止搅拌，继续升高温度，直到700℃，保温60分钟，随炉冷却；
7、冷却后在250℃下挤压成直径13的圆棒，在200℃下模锻成直径11mm的圆棒；其室温抗拉强度达220MPa，密度为1.41g/cm3，延伸率为15％。
Claims (4)
1.一种Mg-Li基复合材料，包括下述组分按重量百分比组成：(Mg-xLi-uM)-yB-zC,其中x=5-18,y=2-10,z=0.5-3,u=0-4,M为合金基体的合金元素，余量为Mg；其特征在于：所述Mg-Li基复合材料由B、C与Mg-Li-M基体合金反应形成的硼化合物强化相分布于Mg-Li-M基体合金中构成；Mg,Li为合金基体的主体元素，M选自Al、Zn、Ag,Y中的至少一种；B与C为生成强化相的加入的主体元素，它们与基体反应生成强化相。
2.根据权利要求1所述的一种Mg-Li基复合材料，其特征在于：所述Mg-Li基复合材料的基体的主相为具有体心立方晶体结构β相。
3.根据权利要求1所述的一种Mg-Li基复合材料，其特征在于：所述Mg-xLi-uM-yB-zC中，x=8-16,y=3-8,z=0.8-2.5,u=0.7-3,余量为Mg。
4.根据权利要求1所述的一种Mg-Li基复合材料，其特征在于：所述Mg-xLi-yB-zC-uM中，x=13.5-14.5,y=4.4-7.0,z=1.2-2.2,u=1,余量为Mg。
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