CN1924055A - 一种镁锂合金及其制造方法 - Google Patents

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钟皓
闫蕴琪
陈琦
张慧
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Abstract

本发明提供一种镁锂合金及其制造方法，该合金中的Al：1～5Wt％，Zn：0.6～1.4Wt％，Li：1～10Wt％，Fe：≤0.010Wt％，Ni：＜0.001Wt％；其制法为：先将LiCl/LiF覆盖剂加入到锰钢坩锅熔炼炉里，升温至400～650℃，加入纯镁锭；在690～730℃加入除锂之外的合金，在660～720℃温度范围用钟罩把铝箔包裹的纯锂压入熔体，搅拌后，静置10～20分钟；在680～730℃进行浇注，获得铸锭。本发明技术方案采用非真空的覆盖剂熔炼技术，用锰坩锅进行熔炼，制造出成分合格、杂质含量低、质量优良的镁锂合金，显著降低了熔炼成本，优化了生产工艺。

Description

一种镁锂合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种镁锂合金，尤其涉及一种超轻镁锂合金及其制造方法，属于有色金属技术领域。
背景技术
镁合金具有比重轻、比强度高、阻尼性高、电磁屏蔽性能佳及可回收性好的特点，因而被广泛应用于航天、航空、通讯、交通、汽车、机械等领域。但由于镁合金室温变形困难，其变形加工常需在200～500℃，目前镁合金制品通常采用压铸的方式获得，但变形镁合金比压铸镁合金具有更优良的力学性能。在镁合金中添加锂元素，能够极大地提高材料的变形加工性能，同时能进一步减轻材料的密度。目前要获得质量良好的镁锂合金主要通过真空熔炼方法制备，而此种方法将加大镁锂合金的熔炼成本，也对熔炼设备提出了较高的要求。
传统熔炼方法是真空熔炼，其主要过程是：先将合金元素按比例配好，装入真空炉中，同时将模具也放入真空炉内，抽真空至10-3Pa以下开始加热熔炼，熔炼结束之后直接在真空炉内浇铸。这种熔炼方法，由于炉内具有很高的真空度，氧的气体分压极低，从动力学上阻止了熔炼金属的氧化烧损。熔炼过程中，熔体中含有一定量的氧和氢，熔体内部与熔炼环境之间因浓度梯度产生很大的化学位，使得熔体中的氧和氢能够快速向熔炼环境扩散，因此，真空熔炼法可以有效脱氧脱氢。
然而，真空熔炼的方法存在以下问题：①由于真空炉熔炼过程中需要很高的真空度，对炉体的密封性要求很高，熔炼时不能进行成分测量、成分调整和拔渣等操作，因此对原料的成分和杂质含量要求很高；②真空熔炼一般不会采用快速冷却的方法，铸锭易发生晶体粗化，在变形工艺中很容易出现裂纹，降低了板带成品率。
最重要的是，真空炉本身的不连续操作，使其只能进行小规模生产，不能进行连续化大规模生产，限制了镁锂合金的产业化发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种超轻镁锂合金及其制造方法，采用非真空熔炼技术，旨在有效降低镁锂合金的熔炼成本，优化工艺；熔炼烧损率小，杂质含量低，彻底解决了真空熔炼成本昂贵和难以规模化生产的缺点。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种镁锂合金，其特征在于：其成分的质量百分含量如下——
Al                                    1～5Wt％，
Zn                                    0.6～1.4Wt％，
Li                                    1～10Wt％，
Fe                                    ≤0.010Wt％，
Ni                                    ＜0.001Wt％，
该镁锂合金其余组分为Mg和其它杂质。
进一步地，上述的一种镁锂合金的制造方法，其特征在于：先将LiCl/LiF覆盖剂加入到锰钢坩锅熔炼炉里，升温至400～650℃，再加入纯镁锭；在690～730℃加入除锂之外的合金(合金皆为高纯单质，其中Zn为颗粒状、事先用铝箔包好，铝为块状铸锭)，在660～720℃温度范围用钟罩把铝箔包裹的纯锂压入熔体，搅拌后，静置10～20分钟；在680～730℃进行浇注，获得铸锭。
更进一步地，上述的一种镁锂合金的制造方法，浇注前，在覆盖剂表面撒入粉状CaF2，其用量为所有炉料金属质量的5～20Wt％。
再进一步地，上述的一种镁锂合金的制造方法，所述覆盖剂的用量为炉料金属质量的20～40Wt％，所述覆盖剂中LiCl与LiF的质量比为3∶1。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
(1)本发明技术方案采用非真空熔炼技术，用锰坩锅进行熔炼，制造出成分合格，杂质含量低，质量优良的镁锂合金，合金综合性能优越；
(2)本发明显著降低了熔炼成本，优化了生产工艺，其经济效益十分显著。
具体实施方式
为了制造成分合格、杂质含量低、质量优良的镁锂合金，有效降低镁锂合金的熔炼成本，优化工艺，本发明提供一种镁锂合金及其制造方法，采用非真空熔炼技术，LiCl/LiF覆盖剂覆盖在镁合金熔体上，充分保护熔炼过程，避免锂元素的烧损。
镁锂合金，该合金中的Al：1～5Wt％，Zn：0.6～1.4Wt％，Li：1～10Wt％，Fe：≤0.010Wt％，Ni：＜0.001Wt％，其余组分为Mg和其它杂质。
镁锂合金的制造工艺为：将LiCl/LiF覆盖剂加入到锰钢坩锅熔炼炉里，升温至400～650℃，加入纯镁锭；在690～730℃加入除Li之外的合金(合金皆为高纯单质，其中Zn为颗粒状、事先用铝箔包好，铝为块状铸锭)，在660～720℃温度范围用钟罩把铝箔包裹的纯锂压入熔体，搅拌后，静置10～20分钟；在680～730℃进行浇注，获得铸锭。浇注前，在覆盖剂表面撒入粉状CaF2，其用量为所有炉料金属质量的5～20Wt％；覆盖剂的用量为炉料金属质量的20～40Wt％；覆盖剂为LiCl与LiF的混合物，LiCl与LiF的质量比为3∶1。
本发明技术方案，在熔炼炉温度为400℃～650℃时，将粉状覆盖剂加入到炉内，待覆盖剂熔化后，把纯镁锭及合金化元素先后沉入覆盖剂下方熔化；待镁锭及合金元素熔化后，由于覆盖剂的密度小于镁合金熔体的密度，覆盖剂浮在镁合金熔体之上，因此镁熔体始终在覆盖剂的保护下；然后，在660～720℃下，用钟罩把铝箔包裹的高纯锂压入熔体，由于锂的加入量较少，熔体的密度始终大于覆盖剂的密度，因此添加锂后，覆盖剂依旧在熔体表面，很好的保护了熔炼过程，避免了合金元素尤其是锂元素的烧损。待熔体熔化并完全合金化，静置10～20分钟，在680～730℃浇注，能获得较好的铸锭质量。浇注前，在覆盖剂表面撒入占炉料金属5～20Wt％的CaF2，使得覆盖剂变稠，有利于扒渣，提高铸锭质量。
同时本发明使用锰钢坩锅炼炉镁锂合金，在熔炼过程中锰元素能和杂质铁元素反应，有效降低了对合金性能影响较大的铁的含量。采用本方法熔炉的镁锂合金，可控制杂质元素Fe：≤0.010Wt％，Ni：＜0.001Wt％。
值得注意的是，在合金的熔炼过程中，各个元素均有不同程度的烧损，其烧损率Al：0.1～5％，Zn：0.1～5％，Li：1～5％；在配料的过程中应给予补足。
实施例1：
超轻镁锂合金非真空熔炼技术，把占炉料25Wt％的LiCl/LiF放入锰钢坩锅，加热到600℃，加入纯镁锭，升温至700℃；待纯镁熔化后，温度升到730℃，加入占炉料金属3.5Wt％的高纯铝及1.2Wt％的锌，并搅拌；降温到680℃，用钟罩压入被铝箔包裹的高纯锂(占炉料金属质量的2.6Wt％)，搅拌并在680℃静置10～20分钟；升温到690～700℃，在覆盖剂上洒上占炉料金属10Wt％的CaF2使覆盖剂变绸后，扒渣、浇铸。
经检测，所熔炼的合金的成分(Wt％)如下：
  Al   Zn   Li   Mn   Fe   Ni   Mg
  3.48   1.19   2.51   0.26   0.001   0.001   余量
实施例2
超轻镁锂合金非真空熔炼技术，把占炉料25Wt％的LiCl/LiF放入锰钢坩锅，加热到600℃，加入纯镁锭，升温至700℃；待纯镁熔化后，温度升到730℃，加入占炉料金属3.8Wt％的高纯铝及1.1Wt％的锌，并搅拌；降温到680℃，用钟罩压入被铝箔包裹的高纯锂(占炉料金属质量的9.25Wt％)，搅拌并在680℃静置10～20分钟；升温到690～700℃，在覆盖剂上洒上占炉料金属10Wt％的CaF2使覆盖剂变绸后，扒渣、浇铸。
经检测，所熔炼的合金的成分(Wt％)如下：
  Al   Zn   Li   Fe   Ni   Mg
  3.71   1.05   9.18   0.009   0.001   余量
以上实施例表明，本发明工艺过程简便易行，按照本发明的工艺方法，通过非真空的覆盖剂熔炉技术，采用锰坩锅进行熔炼，生产出化学成分合格，杂质含量低，质量优良的镁锂合金。
需要说明的是，除上述实施方式以外，本发明尚有其它多种实施方式。凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种镁锂合金，其特征在于：其成分的质量百分含量如下——
Al                            1～5Wt％，
Zn                            0.6～1.4Wt％，
Li                            1～10Wt％，
Fe                            ≤0.010Wt％，
Ni                            ＜0.001Wt％，
该镁锂合金其余组分为Mg和其它杂质。
2.制造权利要求1所述的一种镁锂合金的方法，其特征在于：先将LiCl/LiF覆盖剂加入到锰钢坩锅熔炼炉里，升温至400～650℃，再加入纯镁锭；在690～730℃加入除锂之外的合金，在660～720℃温度范围用钟罩把铝箔包裹的纯锂压入熔体，搅拌后，静置10～20分钟；在680～730℃进行浇注，获得铸锭。
3.根据权利要求2所述的一种镁锂合金的制造方法，其特征在于：浇注前，在覆盖剂表面撒入CaF2，其用量为所有炉料金属质量的5～20Wt％。
4.根据权利要求2所述的一种镁锂合金的制造方法，其特征在于：所述覆盖剂的用量为所有炉料金属质量的20～40Wt％。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种镁锂合金的制造方法，其特征在于：所述覆盖剂中LiCl与LiF的质量比为3∶1。
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