CN107523724A

CN107523724A - 具有极高热导率含双相α+β的镁锂合金及其加工工艺

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Publication number: CN107523724A
Application number: CN201710814238.1A
Authority: CN
Inventors: 杨长江
Original assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd; Guangzhou Yuzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2017-12-29

Abstract

本发明公开了一种具有极高导热性能且含双相α+β的镁锂合金材料及其加工工艺。按重量百分比计，合金的组成为：Li：8.0‑10.0wt.%，Si:5.0‑14.0wt.%,In:1.0‑3.0wt.%,Sn:0.2‑1.2wt.%,Ti:0.8‑1.2wt.%,Mo:0.2‑0.4wt.%,Cd:2.0‑4.0wt.%,Al:1.2‑1.4wt.%,Co:1.0‑5.0wt.%,Mn:3.0‑5.0wt.%，余量为镁。该材料具有传统镁锂合金的力学性能：弹性模量为50‑70GPa，屈服强度为90‑120MPa，抗拉强度为140‑160MPa，延伸率为6‑18%。并具有传统镁锂合金不具备的高导热性能：热导率为120‑130W/m﹒K，传统镁锂合金为80W/m﹒K左右。在保证常见镁锂合金的力学性能的同时，可以将合金的传热系数提高50%左右。使得合金在发热量大，且需要器件轻量化的场合有了进一步的具体应用，便于工业化大规模应用。

Description

具有极高热导率含双相α+β的镁锂合金及其加工工艺

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种镁锂合金。

背景技术

通过向金属镁中添加金属锂，便得到具备低密度和高比强度的镁锂合金。这种新材料代表了镁合金发展的技术前沿，被称为最为绿色环保的革命性材料，并具备减震和消噪的高阻尼性能，以及抗辐射、抗电磁干扰性能。根据锂含量和组织不同，镁锂合金可分为三类：含锂量低于5.5wt.%的合金，其组织为锂溶于hcp镁中的固溶体(α相)；含锂量大于10.2wt.%的合金，其组织为均匀的bcc固溶体(β相) ；含锂量介于5.5-10.2wt.%的合金，其组织为α+β相。

镁锂合金比重一般介于1.3-1.6g/cm³，较一般镁合金的1.8g/cm³更低。由于镁是密排六方晶体，塑性变形能力差，一般镁合金变形加工困难、加工效率低，而且变形镁合金很难进一步二次成型，导致市场上变形镁合金产品份额很低，严重制约了其（板材、型材、管材等）在航空航天和电子工业上的大规模应用。元素锂的加入可使镁合金的结构从hcp转变为bcc。由于体心立方结构的出现，使镁合金的塑性得到极大改善，并改变了镁合金因滑移少、加工成型困难的缺点。也就是说, 镁锂合金与普通镁合金相比最显著的优势是塑性变形能力很好。

镁锂合金是迄今为止合金中最轻的金属结构材料,由于具有低密度、高比强度和比刚度、良好的阻尼性能和抗高能粒子穿透能力,以及可回收性,使其在航空航天、电子工业、通讯制造业和汽车工业上拥有巨大的应用前景。镁锂合金材料可以大幅减轻了卫星重量，显著提高有效载荷，降低发射成本。无以伦比的优势使其在航空航天、兵器军工、电子产品、石油化工、机械仪表、医疗器械、户外器材等军工及民用领域都具有广泛用途。可以预见，镁锂合金在航空航天和武器装备领域的需求将会不断增长，并相继会在民用领域（如汽车、飞机、笔记本、手机、体育器材与用品等）获得大规模应用。

镁锂合金最常见的是Mg-Li-Al系和Mg-Li-Zn系，并加入适量的稀土元素。对于Mg-Li-Al合金，添加铝可以提高合金的硬度和强度。而且合金硬度随着锂含量降低和铝含量升高而增加。对于Mg-Li-Zn合金，该合金为时效硬化型。由于锂含量和锌含量的差异，合金中第二相析出以及时效硬化行为有很大差异。国际上，目前研究已经从三元合金发展到四元以上合金体系来进一步提高镁锂合金的综合性能。并通过进一步优化稀土合金种类和含量来开发最感兴趣的合金化元素和添加方式。

尽管国际上通过合金化技术，凝固方式，以及制备相关的复合材料等手段不断深入提高镁锂合金的综合性能和加工技术，使得镁锂合金生产成本不断降低和相关性能持续提高。然而，现有的镁锂合金传热性能不够理想，在常温附近传热系数维持在80W/m﹒K左右。严重制约了该类合金在航空航天，电子，军工领域的进一步应用。认识到镁锂合金在航空航天，汽车和通讯产品的巨大市场。进一步提高镁锂合金的传热性能，是增加镁锂合金相关产业化快速轨道。

发明内容

本发明提供了一种具有极高热导率且包含双相α+β的镁锂合金新产品，也就是合金的相结构维持在双相α+β的状态下。通过控制锂的含量并同时添加微量元素，来大大提高镁锂合金的导热性能。并同时维持现有镁锂合金力学性能。可以预计，该镁锂合金当作结构材料应用于轻量化且发热严重的场合时，除了降低结构重量，还可以充分利用自身高传热性能，将结构的温度维持在设计的范围内。该镁锂合金的产业化，可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着工程应用拓展，镁锂合金必将在更多的结构设计中得到广泛应用。

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有极高热导率且含双相α+β的镁锂合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有极高热导率且含双相α+β的镁锂合金。按重量百分比计，该合金的组成为：Li：8.0-10.0wt.%，Si: 5.0-14.0wt.%, In: 1.0-3.0wt.%, Sn: 0.2-1.2wt.%, Ti: 0.8-1.2wt.%, Mo: 0.2-0.4wt.%, Cd: 2.0-4.0wt.%, Al: 1.2-1.4wt.%, Co: 1.0-5.0wt.%,Mn: 3.0-5.0wt.%，余量为镁。

上述镁锂合金的制备方法包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到770度形成合金熔液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金熔体在770度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：320度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理320度保温12小时；真空时效处理220度保温1小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）提供一种具有极高热导率且含双相α+β的镁锂合金材料。该材料具有传统镁锂合金的力学性能：弹性模量为50-70GPa，屈服强度为90-120MPa，抗拉强度为140-160MPa，延伸率为6-18%。并具有传统镁锂合金不具备的高导热性能：热导率为120-130W/m﹒K，传统镁锂合金为80W/m﹒K左右。

（2）该变形镁锂合金在氩气保护下感应熔炼，冶炼加工方法简单，生产成本比较低。

（3）在保证常见镁锂合金力学性能的同时，可以将合金的传热系数提高50%左右。使得合金在使用温度为100度以下发热量大，且需要器件轻量化的场合有了进一步的具体应用，便于工业化大规模装备。

具体实施方式

实施例1

一种具有极高热导率且含双相α+β的镁锂合金材料。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li：9.0wt.%，Si: 6.4wt.%, In: 1.2wt.%, Sn: 0.3wt.%, Ti: 0.9wt.%, Mo:0.2wt.%, Cd: 2.4wt.%, Al: 1.3wt.%, Co: 1.2wt.%, Mn: 3.1wt.%，余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到770度形成合金熔液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金熔体在770度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：320度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理320度保温12小时；真空时效处理220度保温1小时。所得合金的力学性能和传热性能为：弹性模量为57GPa，屈服强度为110MPa，抗拉强度为142MPa，延伸率为12%，热导率为125W/m.K。

实施例2

一种具有极高热导率且含双相α+β的镁锂合金材料。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li：8.2wt.%，Si: 9.3wt.%, In: 1.7wt.%, Sn: 0.4wt.%, Ti: 0.8wt.%, Mo:0.3wt.%, Cd: 2.8wt.%, Al: 1.4wt.%, Co: 1.2wt.%, Mn: 4.2wt.%，余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到770度形成合金熔液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金熔体在770度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：320度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理320度保温12小时；真空时效处理220度保温1小时。所得合金的力学性能和传热性能为：弹性模量为52GPa，屈服强度为98MPa，抗拉强度为147MPa，延伸率为12%，热导率为120W/m.K。

实施例3

一种具有极高热导率且含双相α+β的镁锂合金材料。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li：8.8wt.%，Si: 7.3wt.%, In: 1.6wt.%, Sn: 0.9wt.%, Ti: 1.1wt.%, Mo:0.3wt.%, Cd: 2.9wt.%, Al: 1.3wt.%, Co: 2.8wt.%, Mn: 4.2wt.%，余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到770度形成合金熔液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金熔体在770度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：320度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理320度保温12小时；真空时效处理220度保温1小时。所得合金的力学性能和传热性能为：弹性模量为62GPa，屈服强度为108MPa，抗拉强度为159MPa，延伸率为14%，热导率为128W/m.K。

Claims

1.一种具有极高导热性能且含双相α+β的镁锂合金材料，其特征是：按重量百分比计，合金的组成为：Li：8.0-10.0wt.%，Si: 5.0-14.0wt.%, In: 1.0-3.0wt.%, Sn: 0.2-1.2wt.%, Ti: 0.8-1.2wt.%, Mo: 0.2-0.4wt.%, Cd: 2.0-4.0wt.%, Al: 1.2-1.4wt.%,Co: 1.0-5.0wt.%, Mn: 3.0-5.0wt.%，余量为镁。

2.根据权利要求1所述镁锂合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚，感应加热到770度形成合金熔液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右，将合金熔体在770度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。

3.根据权利要求1所述镁锂合金的加工方法，其特征在于包括如下步骤：将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%，每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：320度保温1个小时，轧制后最终热处理工艺为：真空固溶处理320度保温12小时；真空时效处理220度保温1小时。