一种调控镁合金长程有序堆垛相的方法

本发明涉及一种通过控制li元素含量来调控镁合金中lpso相的方法，属于金属材料。

背景技术：

1、镁元素是地球上储量最丰富的金属元素之一，纯镁密度在金属材料中最低，且具有比强度和比刚度高、散热好、抗冲击力和抗蠕变性强、阻尼减震降噪能力强、电磁屏蔽性能优异等一系列优点，在节能减排的战略驱动下，镁合金已经可以部分代替铝合金等材料，实现轻量化，解决了一定能源和环境问题。然而，镁合金的绝对强度和绝对刚度较低，耐蚀性差，对应力集中较为敏感，以及屈服点低等缺点限制了镁的大规模工业化应用，因此其巨大的研究价值和应用之间的差距促使镁合金要进一步发展。

2、按照成型方法可以将镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金，铸造镁合金以铸造方式制造，容易产生一些缺陷，如气孔、疏松等，但整体工艺成本较低；而变形镁合金经过塑性变形加工，在挤压、轧制、锻造等工艺后组织得到细化，铸造缺陷被消除，具有了更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能。因此，可以通过热处理、塑性变形等调控变形镁合金的组织和结构来提升其力学性能。

3、目前，研究发现镁合金中加入稀土元素后可以显著改善合金性能，稀土元素的作用和效果有：净化熔体、保护熔体、细晶强化、固溶强化、时效强化等。研究的mg-re系合金先后经历了mg-th、mg-y、mg-gd系，开发了多种以re为主要元素的新型镁合金，现阶段关注较多的是mg-gd-zn这种典型的含有lpso相的lpso型镁合金。

4、近年来，通过形成lpso相来促进镁合金强韧化逐渐受到越来越多的关注，mg-re-tm系合金逐渐成为典型的含lpso相的镁合金。研究表明，改变成分和固溶处理参数可以调控mg-gd-zn镁合金中长程有序堆垛相(lpso相)的生成，lpso相可以显著提高合金的强度、塑性等力学性能，但受其种类、形貌、体积分数和分布等因素的影响，故可以通过合金化和改善合金制备条件等方法合理地控制lpso相的形成，进而获得更加优异的强韧化效果。

5、在实现镁合金的超轻和超塑性上，li元素十分重要，mg-li合金时迄今为止发现的最轻的合金材料，具有比模量高、比强度高、优异的低温塑性等优点。li元素的添加，不仅可以提高mg的塑性、降低合金密度，还能促进合金的时效析出，产生进一步的强化效果，对lpso相的种类、数量、分布等也有调控作用。然而，目前对于mg-gd-zn合金，添加li元素对调控lpso相所需的固溶时间和固溶温度的影响尚未明确。

6、因此，明确li元素对调控lpso相固溶热处理条件的影响，掌握利用li元素进一步对lpso相进行调控的工艺方法，对研究发展新型轻质高性能lpso型镁合金具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对现有镁合金的lpso相的调控条件尚未明确，且合金中特定元素(li)的含量对lpso相的形成至关重要，提供一种通过控制li元素含量来调控镁合金中lpso相的方法。本发明通过控制li元素含量复合固溶处理可有效调控mg-gd-zn-li合金中lpso相，通过li元素添加可以显著地降低调控lpso相所需固溶处理温度，缩短固溶处理时间，为解决镁合金中lpso相的调控问题提供方案。

2、本发明的技术方案是：

3、一种通过控制li元素含量来调控镁合金中lpso相的方法，包括以下步骤：

4、1)具有lpso相的镁合金，成分按质量百分比计：gd：7～9％，zn：1％，li：0～3％且不为3％，其余为mg和不可避免的杂质；

5、2)按照合金成分及含量配置原料：将原材料按照合金成分及配料进行配比，其中，所述原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、镁钆中间合金和镁锂中间合金；

6、3)熔炼：将配比好的合金配料在氩气保护下进行熔炼，然后浇筑，浇筑温度为700℃，铸件静置后空冷，制得所述镁合金铸锭；

7、4)固溶处理：将制备的镁合金铸锭包覆mgo粉末后进行固溶处理，固溶温度为475℃～525℃且不包括525℃，固溶时间为8～24h，然后置于冷水中淬火，冷却至室温。

8、一种通过控制li元素含量来调控镁合金中lpso相的方法，包括以下步骤：

9、1)具有lpso相的镁合金，成分按质量百分比计：gd：7～9％，zn：1％，li：0～0.1％，其余为mg和不可避免的杂质；

10、2)按照合金成分及含量配置原料：将原材料按照合金成分及配料进行配比，其中，所述原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、镁钆中间合金和镁锂中间合金；

11、3)熔炼：将配比好的合金配料在氩气保护下进行熔炼，然后浇筑，浇筑温度为700℃，铸件静置后空冷，制得所述镁合金铸锭；

12、4)固溶处理：将制备的镁合金铸锭包覆mgo粉末后进行固溶处理，固溶温度525℃，固溶时间为8h，然后置于冷水中淬火，冷却至室温。

13、步骤2)中，配置原料时选用的中间合金包括：mg-30wt％gd中间合金和mg-10wt％li中间合金。

14、步骤3)中，所述熔炼铸造为：

15、s1、熔炼采用氩气保护，在电阻炉中将工业纯镁锭、纯锌粒放入不锈钢坩埚，设置电阻炉温度740℃加热；当纯镁、锌完全熔化后，将电阻炉断电；

16、s2、加入预加热200℃的镁钆中间合金，待其融化后搅拌2min，尽可能完全均匀混合后进行除渣；后将电阻炉重新通电，设置温度为700℃；

17、s3、待温度稳定时，将电阻炉断电，加入预加热200℃的镁锂中间合金，待其融化后，搅拌1-2min后进行除渣；

18、s4、将电阻炉设置温度为700℃，重新通电20min后浇筑，铸件静置后空冷，制得所述镁合金铸锭。

19、本发明的实质性特点为：

20、通过在镁稀土合金中加入并控制li元素含量，复合固溶处理，获得含lpso相的合金。本发明在镁合金中加入gd元素和zn元素。gd作为稀土元素在镁合金中具有较高的溶解度，起到时效强化的效果，还能提高材料的力学性能、减少气孔、细化晶粒；li元素可以细化枝晶，促进lpso相的转变。在li含量较低时(＜3％)，提高li元素的添加量可以显著降低调控lpso相所需的固溶处理温度，缩短固溶处理时间；当li添加量达到3％时，则无lpso相的形成。本发明针对镁稀土合金提供了一种通过控制li元素含量来调控lpso相的方法，能够显著提高调控lpso相的热处理效率，降低成本。

21、本发明的有益效果为：

22、1.通过控制合金成分，即li元素含量，可在合金基体内引入lpso相，特别是当li含量小于3％时，可以产生lpso相，为制备轻质高强韧lpso型镁合金提供思路。

23、2.通过控制li元素的含量，发现随着含li量的增加，生成lpso相所需固溶处理温度降低，固溶处理时间减少，节约成本。

24、3.3.本发明中应用的氩气为实验室常用的惰性保护气体，价格低廉，容易存储和运输、化学性能稳定、无毒无污染，成本低廉。

25、4.4.本发明中所用的设备简单方便，实验周期短，操作简单，安全。