鎂鋰合金及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種鎂鋰合金，該合金的組成及其質量的百分比為：Li:0-20％，Al:0.8％-1.5％，Pb:0.6％-1.6％，Mn:0.6％-1.6％，其余為Mg和其他物質。其制備步驟為：a.按照質量百分比將Li，Al，Pb，Mn，其余為Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑加入到真空感應熔煉爐內；b.對真空感應熔煉爐進行抽真空處理并通入保護氣體；c.控制熔煉電流將金屬全部融化，并保溫，使金屬混合均勻；d.在溫度為700-750℃時將熔煉后的合金熔體澆鑄成型。采用本發明的技術方案煉制的鎂鋰合金，能夠在NaCl的環境下保證性能良好。
【專利說明】鎂鋰合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明金屬材料【技術領域】，特別涉及鎂鋰合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鎂鋰合金具有低密度、比強度高、比剛度、熱穩定性高、電磁屏蔽性能佳以及可回收性能好的特點，因而被廣泛應用于航天、航空、通訊、交通、汽車、電子、機械等領域。
[0003]在實際中的應用中，隨著環境的不斷變化，鎂鋰合金經常暴露Na+和Cl-存在的環境中，例如經常浸泡在海水中的船舶或在惡劣環境下的汽車部件，在這種情況下會對鎂鋰合金的性能產生嚴重影響。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種鎂鋰合金及其制備方法，采用真空熔煉技術，旨在提供一種能夠在NaCl環境下保證良好性能的鎂鋰合金。
[0005]為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:
[0006]一種鎂鋰合金，所述合金的組成及其質量百分比為:1^:0-20^^1:0.8^-1.5%,Pb:0.6% -1.6%，Μη:0.6% -1.6%，其余為 Mg 和其他物質。
[0007]—種鎂鋰合金的制備方法，制備步驟為:
[0008]a 按照質量百分比將 L1: 0-20 % ,Al:0.8 % -1.5 % ,Pb:0.6 % -1.6 % ,Mn:0.6% -1.6% ,其余為Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑加入到真空感應熔煉爐內；
[0009]b對真空感應熔煉爐進行抽真空處理并通入保護氣體；
[0010]c控制熔煉電流將金屬全部融化，并保溫，使金屬混合均勻；
[0011]d在溫度為700_750°C將熔煉后的合金熔體澆鑄成型。
[0012]較優地，步驟a中的進料順序為先加入LiCl/LiF覆蓋劑，然后依次加入L1、A1、Pb、Mn、Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑。
[0013]較優地，步驟b中所通入的保護氣體惰性氣體。
[0014]較優地，步驟c中熔煉電流為14A-16A。
[0015]較優地,步驟c中的保溫時間為10_15min。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]采用本發明的技術方案煉制的鎂鋰合金，能夠在在NaCl環境下保證良好的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明鎂鋰合金的制備方法的方法流程圖；
[0019]圖2為四種合金在0.7mol/LNaCl溶液中的極化曲線圖；
[0020]圖3為四種合金在0.7mol/LNaCl溶液中的開路電位隨時間變化圖；
[0021]圖4為鑄態Mg-OL1-Al-Pb-Mn合金的計時電位曲線圖；
[0022]圖5為鑄態Mg-3L1-Al-Pb_Mn合金的計時電位曲線圖；
[0023]圖6為鑄態Mg-5L1-Al-Pb_Mn合金的計時電位曲線圖；
[0024]圖7為鑄態Mg-8L1-Al-Pb_Mn合金的計時電位曲線圖；
[0025]圖8為四種合金恒電流放電Ih后的交流阻抗圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本發明的鎂鋰合金及其制備方法進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0027]一種鎂鋰合金，所述合金的組成及其質量百分比為:1^:0-20^^1:0.8^-1.5%,Pb:0.6% -1.6%，Μη:0.6% -1.6%，其余為 Mg 和其他物質。
[0028]一種鎂鋰合金的制備方法，如圖1所示，制備步驟為:
[0029]a 按照質量百分比將 L1: 0-20 % ,Al:0.8 % -1.5 % ,Pb:0.6 % -1.6 % ,Mn:0.6% -1.6% ,其余為Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑加入到真空感應熔煉爐內；
[0030]b對真空感應熔煉爐進行抽真空處理并通入保護氣體；
[0031]c控制熔煉電流將金屬全部融化，并保溫，使金屬混合均勻；
[0032]d在溫度為700-750°C時將熔煉后的合金熔體澆鑄成型。
[0033]其中步驟a中的進料時間應控制在Imin之內。
[0034]較優地，作為一種可實施方式，步驟a中的進料順序為先加入LiCl/LiF覆蓋劑，然后依次加入L1、Al、Pb、Mn、Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑。這樣可以使LiCl/LiF覆蓋劑與其他金屬的混合更加均勻。
[0035]較優地，作為一種可實施方式，步驟b中所通入的保護氣體是惰性氣體，例如:氬氣。
[0036]較優地，作為一種可實施方式，步驟c中熔煉電流為14A-16A。
[0037]較優地，作為一種可實施方式，步驟c中的保溫時間為10_15min。這樣能夠使金屬的混合更加均勻。
[0038]通過實驗對采用該制備方法熔煉的四種合金(四種合金的物質量比分別為Mg-OL1-Al-Pb-Mn, Mg-3L1-Al-Pb_Mn、Mg-5L1-Al-Pb_Mn 和 Mg-8L1-Al-Pb_Mn)進行如下性能檢測:
[0039]1、Tafel極化曲線測試
[0040]如圖2所示，測量前在-2.2V下穩定5min，掃描速率為5mV.s-1。從圖2可以看出四種鑄態合金的極化曲線形狀相似，腐蝕電位從圖中很難直接區分開，四種合金均在電極在電位大于-1.2V時進入相對穩定的鈍化區。這是由于在較高的氧化電位下，合金電極表面被電化學氧化產物覆蓋，形成鈍化膜所致。這樣可以得出結論，四種合金在NaCl溶液中性能穩定，因此能夠在NaCl環境下保證良好的性能。
[0041]2、合金開路電位隨時間變化曲線
[0042]如圖3所示，從圖中可以看出Mg-OL1-Al-Pb-Mn合金的電位在測試過程中穩定在-1.75V，Mg-3L1-Al-Pb-Mn 合金的開路電位在-1.675V。
[0043]Mg-5L1-Al-Pb-Mn合金的電位在測試過程在_1.625V附近，從圖中可以看出電勢在測試過程中很穩定。Mg-SL1-Al-Pb-Mn合金的開路電位大概在-1.575V附近。從開路電位隨時間變化的曲線我們可以看出，隨著合金中Li含量的增加，開路電位正移。
[0044]3、恒電流氧化
[0045]如圖4至7所示，測試過程電流分別控制在10mA、20mA和30mA。每次測試時間為lh。當氧化電流為1mA時，Mg-OL1-Al-Pb-Mn合金的計時電位約為-1.4V，而Mg-3L1-Al-Pb_Mn 合金、Mg-5L1-Al-Pb_Mn 合金和 Mg-8L1-Al-Pb_Mn 合金的計時電位約為-1.3V，相差0.1V。當氧化電流為30mA時，計時電位信號波動很大。在相同的放電電流下,Mg-OL1-Al-Pb-Mn合金的放電電位更負,活性更高。四種合金的計時電位曲線均出現周期性的波動，這是由于隨著反應的進行，氧化產物在電極表面逐漸積累，電解液不能與電極表面很好地接觸，電荷傳遞受阻，極化電位變大，當氧化產物積累到一定程度后脫落，電荷傳遞恢復暢通，放電電位產生上下波動。各種合金的計時電位曲線出現了相同的現象，即隨著氧化電流密度的增大，相應的電位值也增大。這是因為隨著電流密度的增大，電極的反應速率變快，電極極化程度加大，極化的過電位越大,所以電位越正。
[0046]4、電化學阻抗
[0047]如圖8所示，掃描頻率范圍為0.lHZ-200kHZ，掃描方向為由高頻至低頻，掃描電位為開路電位，擾動信號為正弦交流電壓，幅值為5mV。可以看出，四種鑄態合金均只有一個高頻容抗弧，高頻區的容抗弧是由電荷傳遞引起，其直徑值可近似看作電極反應的電荷傳遞電阻。Mg-OL1-Al-Pb-Mn和Mg-3L1-Al-Pb_Mn在電化學氧化后的電阻達到60 Ω，而Mg-5L1-Al-Pb-Mn電化學氧化后的電阻大概在78 Ω，Mg-8L1-Al-Pb_Mn的電阻最大，達到110Ω。
[0048]通過以上測試得出結論為:
[0049](I)Mg-OL1-Al-Pb-Mn 合金有更負的開路電位，約為-1.75V,比 Mg-8L1-Al-Pb_Mn的開路電位負移0.175V。
[0050](2)在恒電流氧化下，Mg-OL1-Al-Pb-Mn、Mg-3L1-Al-Pb_Mn、Mg-5L1-Al-Pb_Mn 和Mg-8L1-Al-Pb-Mn四種合金均隨著氧化電流的增加，發生相應的計時電位曲線正移，這主要是因為隨著電流密度的增大，電極的反應速率加快，電極極化程度加大，極化的過電位越大，所以電位越正。Mg-OL1-Al-Pb-Mn合金在恒電流氧化下,相應的電位最負，20mA恒電流氧化下，電位為-1.0V，與電位最高的Mg-8L1-Al-Pb-Mn合金相差0.2V。并且計時電位曲線出現周期性的波動，這是由于隨著反應的進行，氧化產物在電極表面逐漸積累，電解液不能與電極表面進行很好的接觸，電荷傳遞受阻，極化電位變大，當氧化產物積累到一定程度后脫落，電荷傳遞恢復暢通，放電電位產生上下波動。
[0051](3)從交流阻抗的分析結果可以看出，在20mA恒電流氧化后,Mg-OL1-Al-Pb-Mn合金具有最低的電阻，約為60Ω。
[0052](4)從實驗結果可以看出，在Na+和Cl_存在的環境中，隨著Li含量的增加，Mg-8L1-Al-Pb-Mn合金有著更好的性能，因此更適用于乘用車車身及新能源車輛其他關鍵零部件的制造，以及海洋中船舶的制造。
[0053]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種鎂鋰合金，其特征在于: 所述合金的組成及其質量的百分比為=L1:0-20%,Al:0.8%-1.5%,Pb:0.6%-1.6%,Μη:0.6% -1.6% ,其余為Mg和其他物質。
2.一種鎂鋰合金的制備方法，其特征在于: 制備步驟為: a 按照質量百分比為:L1: 0-20 % ,Al:0.8 % -1.5 % ,Pb:0.6 % -1.6 % ,Mn:0.6% -1.6% ,其余為Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑加入到真空感應熔煉爐內；b對真空感應熔煉爐進行抽真空處理并通入保護氣體；c控制熔煉電流將金屬全部融化，并保溫，使金屬混合均勻；d在溫度為700-750°C將熔煉后的合金熔體澆鑄成型。
3.根據權利要求2所述的鎂鋰合金的制備方法，其特征在于: 步驟a中的進料順序為先加入LiCl/LiF覆蓋劑，然后依次加入L1、Al、Pb、Mn、Mg以及LiCl/LiF覆蓋劑。
4.根據權利要求2所述的鎂鋰合金的制備方法，其特征在于: 步驟b中所通入的保護氣體是惰性氣體。
5.根據權利要求2所述的鎂鋰合金的制備方法，其特征在于: 步驟c中熔煉電流為14A-16A。
6.根據權利要求5所述的鎂鋰合金的制備方法，其特征在于: 步驟c中的保溫時間為10-15min。
【文檔編號】C22C23/00GK104294122SQ201410532222
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】張琳琳, 趙新華 申請人:北汽福田汽車股份有限公司