CN109136704B - 一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法，属于金属结构材料领域，该镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：0‑5.7wt％；稀土元素：6.0‑9.0wt％；Co：3.0‑6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质。其制备方法包括，将预热后的金属原料真空熔炼得到合金液，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金；将所得到的铸态镁锂合金匀质化处理；将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制；其中低温轧制采用交叉累积叠轧。本发明镁锂合金材料通过合理选择合金元素并控制其含量和配比，由真空铸造、匀质化处理、低温轧制制备而成，具有高洁净、高强度和维持高塑性的优势。

Description

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于金属结构材料领域，具体涉及一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着能源的日益匮乏，传统制造业带来了严重的环境问题，越来越多的研究者不得不把眼光放在能够轻量化、能够节能减排的金属结构件上。作为最轻的金属结构材料(密度1.4-1.6g/cm³)，镁锂合金不仅具有高的比强度和比刚度，而且还具有减震降噪、电磁屏蔽以及抗高能粒子穿透等特点。近年来，凭借着独特的性能优势，镁锂合金在航空航天、武器装备、电子3C等领域中展现了广阔的应用前景。然而，目前商业应用镁锂合金(如LA141、LA91、LAZ931等)的绝对强度普遍偏低限制了镁锂合金更加广阔的应用。因此，开发高强度镁锂合金具有重要的应用价值。

根据镁锂二元相图，当锂的含量低于5.7wt％时，合金呈现密排六方结构的α-Mg单相组织；当继续增加锂含量，开始出现体心立方结构的β-Li相，合金呈现典型的α+β双相结构；当锂含量超过10.3wt％时，合金呈现β-Li单相组织。具有α相基体的合金强度较高，但塑韧性较差。与α相相比，β相是一种相对“软化相”，具有bcc晶体结构，滑移系较多，因此具有β相基体的合金塑性变形加工性能较好，但强度偏低。现阶段研究的镁锂合金一般为添加合金元素Al、Zn增强后Mg-Li-Al基、Mg-Li-Zn基或Mg-Li-Al-Zn基等合金。但是，元素Al和Zn加入到镁锂合金后的强化效果非常有限，而且会析出亚稳强化相MgLi2Al和MgLi2Zn，在时效过程中(甚至是室温下的自然时效)，MgLi2Al和MgLi2Zn转变成稳定的时效软化相AlLi和MgLiZn，极易发生过时效，导致镁锂合金的长期力学性能不稳定。稀土是镁合金有效地强化元素，研究表明，添加Y、La、Ce等轻稀土对镁锂合金强度有一定的提升作用。稀土Y是重稀土元素，在Mg合金中的固溶度较大(12％)。Y与Mg同为密排六方结构，晶格常数和原子半径均与Mg较接近，Y可以成为Mg的结晶核心。Y可与合金中的Al形成Al2Y或Al3Y等金属间化合物。Al2Y或Al3Y等这些金属间化合物都具有很高的熔点，熔炼过程中它们在合金凝固之前便已形成，可阻碍Mg基体晶粒的长大，具有细化晶粒的作用。另外，它们分布在合金基体中，对合金也具有一定的弥散强化作用。Dong等研究了添加(0-7％)的Y元素对Mg-7Li合金显微组织及力学性能的影响，结果表明，铸态Mg-7Li-1Y合金具有最高的延伸率(30％)，铸态Mg-7Li-3Y合金具有最佳的力学性能，其抗拉强度、屈服强度、断裂延伸率分别达到了160MPa、144MPa、22％。当Y的含量超过3％时，合金的强度不再显著的提高，并且塑性还有所下降(Journal of Alloys and Compounds,2010,506(1):468-474.)。因此开发出性能稳定的超轻高强镁锂合金具有非常重要的价值。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种通过合理选择合金元素并控制其含量和配比，使合金的基体为α相组织，同时将长周期结构相引入到镁锂合金基体中，具有耐腐蚀、超低密度和高强度的高强度单相(α相)镁锂合金材料。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，包含如下重量百分比的成分：Li：0-5.7wt％；稀土元素：6.0-9.0wt％；Co：3.0-6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质；镁锂合金材料中不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。本发明通过合理选择合金元素并控制其含量和配比，使合金的基体为单相(α相)组织，同时将Mg、稀土和Co元素三者作用形成的长周期结构引入到镁锂合金基体中，充分结合了单相(α相)组织具有的低密度和长周期结构相的显著强化作用，制备出了具有超低密度、高强度和高塑性的超轻镁锂合金材料，适合于轻质、高强的用材需求。

作为优选，镁锂合金材料的屈服强度为250-280MPa，抗拉强度为300-340MPa，延伸率12-16％。

作为优选，镁锂合金材料的密度为1.4-1.5g/cm^-3。

作为优选，稀土元素为重稀土元素，选自Y、Gd、Dy、Er或Tb。不同的稀土元素在镁中固溶度有所不同，轻稀土元素在镁中固溶度都很小甚至为零，而重稀土元素除了Yb以外固溶度都较大，添加稀土对镁合金的有益影响是最为显著的，它对镁合金主要有细化组织、净化熔体、提高合金室温和高温强度、改善塑初性以及提高合金耐蚀性能等方面的作用。

作为优选，镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的重量比为1:0.5-0.8。长周期结构是Mg、稀土和Co元素三者作用形成的，镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的合理重量比能够在真空铸造过程中最大限度地将长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，即使稀土元素的添加量较高也能提高镁锂合金材料的强度，同时固溶时还会发生原子的替代，合金相中原子位置也会发生相互取代，能够获得过饱和的固溶体，形成较为细小的颗粒，起到了弥散强化的效果，提高镁锂合金材料的强度，极大推动镁锂合金材料合金的工程应用，同时还能保合金元素的分布均匀的同时能减少Li元素在高温熔炼条件下的烧损，获得高洁净镁锂合金材料，此外可以有效净化熔体中的H、O、S等元素，并能与熔体中的有害金属Fe、Ni、Cu等元素形成金属间化合物，形成高密度的金属间化合物，该化合物的密度比合金熔体的密度大，沉积在熔体底部，减少了合金中杂质元素Fe、Ni、Cu等元素的含量，从而达到去除杂质和提高合金耐腐蚀性能的目的。

作为优选，镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：0-5.7wt％；Y：6.0-9.0wt％；Co：3.0-6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质；其中不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。

本发明的一个目的在于提供一种能在镁锂合金中形成了一种新型的长周期堆垛有序结构和均匀细小的晶粒，促进长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，提高镁锂合金材料的强度、维持塑性在较稳定的范围内，获得高洁净镁锂合金材料的高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括如下步骤：

将镁锭、镁钴合金锭放入熔炉中，保温预热后通入保护气体，然后在保护气氛下继续升温至750-780℃，加入镁-稀土中间合金，融化后加入锂棒，待锂棒融化后，在该温度下搅拌10-15min，最后浇铸冷却得铸态镁锂合金；

将所得到的铸态镁锂合金在220-250℃下匀质化处理8-10h；

将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制；

其中，低温轧制采用交叉累积叠轧。

本发明制备方法在能确保合金元素的分布均匀的同时能减少Li元素在高温熔炼条件下的烧损，获得高洁净镁锂合金材料，同时能在镁锂合金中形成了一种新型的长周期堆垛有序结构和均匀细小的晶粒，这种显微组织结构赋予了合金超高的力学性能，其中新型的长周期堆垛有序结构能够在材料发生塑性变形过程中有效地阻碍基体的位错运动，提高合金的强度，而形成的均匀细小的晶粒，在塑性变形过程中，均匀细小的晶粒一方面有利于合金的塑性变形，一方面增加了晶界的数量，提高了合金的强度，且该制备方法还能在提高合金的强度的条件下维持塑性在较稳定的范围内，改善镁锂合金的应用。

作为优选，真空熔炼采用频率为0.05-0.08MHz电磁感应加热。该频率的电磁感应能够使温度快速升温至熔融温度，然后使得无序固溶体中的溶质原子Li、Y、Co、Mg从统计随机分布状态过渡到占有一定位置的规则排列状态，发生有序化过程，形成有序固溶体，在镁锂合金中以晶粒内部的层片状的长周期结构的形式存在，即在镁锂合金中形成了一种新型的长周期堆垛有序结构，这种新型的结构有利于合金强度和塑性同时提高了镁锂合金材料的使用寿命，此外该用频率段的电磁感应进行加热，还能够促进长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，提高镁锂合金材料的强度。

作为优选，匀质化处理温度为220-250℃，保温时间为8-10h。铸态镁锂合金冷凝后的组织处于不同程度的非平衡状态，主要存在晶内偏析、缩松、缩孔等缺陷，影响镁锂合金的性能，进行均匀化处理时，合金中的元素进行固态扩散，可以消除或减轻镁锂合金的缺陷，以使合金的化学成分和组织均匀化，从而改善镁锂合金的性能。

作为优选，低温轧制的步骤为：第一道次轧制温度为352-358℃，轧辊转速为10-12r/min，压下量为20-25％，保温12-14min后空冷；第二道次轧制温度为348-352℃，轧辊转速为14-16r/min，压下量为15-18％，保温3-5min后空冷，重复轧制3-5道次；最后道次轧制温度为352-358℃，轧辊转速为16-18r/min，压下量为10-12％，保温12-14min后空冷。低温轧制有利于镁锂合金中形成均匀细小的晶粒，在塑性变形过程中，均匀细小的晶粒一方面有利于合金的塑性变形，一方面增加了晶界的数量，提高了镁锂合金的强度，而本发明低温轧制方法能够使得初始低温轧制过程中产生的孪晶和纤维组织消失，使得再结晶产生的细小的晶粒弥散分布于整个显微组织中，增加晶界数量，提高合金中位错密度和强度，同时有助于改善镁锂合金材料的各向异性，使得到的镁锂合金材料具有最佳综合力学性能，此外该低温轧制程序间相互增益，还能在提高合金的强度的条件下维持塑性在较稳定的范围内。

本发明的有益效果为：1)本发明镁锂合金材料通过合理选择合金元素并控制其含量和配比，使合金的基体为单相(α相)组织，同时将长周期结构相引入到镁锂合金基体中，具有超低密度、高强度和高塑性的性能，适合于轻质、高强、高韧的用材需求；2)本发明镁锂合金材料稀土元素和Co元素的合理重量比能够在真空铸造过程中最大限度地将长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，提高镁锂合金材料的强度，此外还能去除杂质和提高合金耐腐蚀性能；3)本发明制备方法采用真空铸造、匀质化处理、热挤压的方式在镁锂合金中形成了一种新型的长周期堆垛有序结构，这种新型的结构有利于合金强度和塑性的同时提高；4)本发明制备方法采用特定频率段的电磁感应进行真空熔炼，有助于溶质原子形成有序固溶体，在镁锂合金中以晶粒内部的层片状的长周期结构的形式存在，同时还能够促进长周期结构相引入到镁锂合金α+β相基体中，提高镁锂合金材料的强度。

本发明采用了上述技术方案提供一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1为本发明实施例1的轧制态镁锂合金的显微组织图；

图2为本发明实施例1的轧制态镁锂合金的真应力-真应变曲线图。

具体实施方式

本文中所用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”、“含有”或其任何其他变体意在涵盖非排它性的包括。例如，包含一系列要素的组合物、工艺、方法、制品或设备并不一定只限于那些要素，而是还可以包含这些组合物、工艺、方法、制品或设备所未明确列举的要素或所固有的其他要素。

术语“包含”旨在包括术语“基本上由...组成”和“由...组成”所涵盖的实施方案。类似地，术语“基本上由...组成”旨在包括术语“由...组成”所涵盖的实施方案。

当以范围、优选范围或一系列上限优选值和下限优选值给出数量、浓度或其他数值或参数时，应理解其具体公开了由任何较大的范围限值或优选值和任何较小的范围限值或优选值的任何一对数值所形成的所有范围，而无论这些范围是否分别被公开。例如，当描述“1至5”的范围时，所描述的范围应解释为包括“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等范围。除非另有说明，在本文描述数值范围之处，所述的范围意图包括范围端值和范围内的所有整数和分数。

体现发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的描述在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本申请公开的一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，包含如下重量百分比的成分：Li：0-5.7wt％；稀土元素：6.0-9.0wt％；Co：3.0-6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质；镁锂合金材料中不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。本发明通过合理选择合金元素并控制其含量和配比，使合金的基体为单相(α相)组织，同时将Mg、稀土和Co元素三者作用形成的长周期结构引入到镁锂合金基体中，充分结合了单相(α相)组织具有的低密度和长周期结构相的显著强化作用，制备出了具有超低密度、高强度和高塑性的超轻镁锂合金材料，适合于轻质、高强的用材需求。

上述镁锂合金材料的屈服强度为250-280MPa，抗拉强度为300-340MPa，延伸率12-16％；镁锂合金材料的密度为1.4-1.5g/cm^-3。

上述稀土元素为重稀土元素，选自Dy、Y、Er、Tb或Gd。不同的稀土元素在镁中固溶度有所不同，轻稀土元素在镁中固溶度都很小甚至为零，而重稀土元素除了Yb以外固溶度都较大，添加稀土对镁合金的有益影响是最为显著的，它对镁合金主要有细化组织、净化熔体、提高合金室温和高温强度、改善塑初性以及提高合金耐蚀性能等方面的作用。

上述镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的重量比为1:0.5-0.8。长周期结构是Mg、稀土和Co元素三者作用形成的，镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的合理重量比能够在真空铸造过程中最大限度地将长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，即使稀土元素的添加量较高也能提高镁锂合金材料的强度，同时固溶时还会发生原子的替代，合金相中原子位置也会发生相互取代，能够获得过饱和的固溶体，形成较为细小的颗粒，起到了弥散强化的效果，提高镁锂合金材料的强度，极大推动镁锂合金材料合金的工程应用，同时还能保合金元素的分布均匀的同时能减少Li元素在高温熔炼条件下的烧损，获得高洁净镁锂合金材料，此外可以有效净化熔体中的H、O、S等元素，并能与熔体中的有害金属Fe、Ni、Cu等元素形成金属间化合物，形成高密度的金属间化合物，该化合物的密度比合金熔体的密度大，沉积在熔体底部，减少了合金中杂质元素Fe、Ni、Cu等元素的含量，从而达到去除杂质和提高合金耐腐蚀性能的目的。

上述镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：0-5.7wt％；Y：6.0-9.0wt％；Co：3.0-6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质；上述镁锂合金材料中不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。

本申请还公开了一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括，

1)按质量配比称取原料，将镁锭、镁钴合金锭放入熔炉中，将熔炉温度升温至200℃，保温预热10-20min；2)然后将熔炉温度升温至300℃，通入体积比为1:99的SF₆:CO₂混合保护气体，通入速度200cm³/min，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气管阀调控，然后在保护气氛下继续升温至750-780℃，加入镁-稀土中间合金，镁-稀土中间合金融化后加入锂棒，待锂棒融化后，在该温度下搅拌10-15min，最后浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金。上述真空熔炼采用频率为0.05-0.08MHz电磁感应加热。该频率的电磁感应能够使温度快速升温至熔融温度，然后使得无序固溶体中的溶质原子Li、Y、Co、Mg从统计随机分布状态过渡到占有一定位置的规则排列状态，发生有序化过程，形成有序固溶体，在镁锂合金中以晶粒内部的层片状的长周期结构的形式存在，即在镁锂合金中形成了一种新型的长周期堆垛有序结构，这种新型的结构有利于合金强度和塑性同时提高了镁锂合金材料的使用寿命，此外该用频率段的电磁感应进行加热，还能够促进长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，提高镁锂合金材料的强度；

2)将所得到的铸态镁锂合金在温度为220-250℃下匀质化处理8-10h。铸态镁锂合金冷凝后的组织处于不同程度的非平衡状态，主要存在晶内偏析、缩松、缩孔等缺陷，影响镁锂合金的性能，进行均匀化处理时，合金中的元素进行固态扩散，可以消除或减轻镁锂合金的缺陷，以使合金的化学成分和组织均匀化，从而改善镁锂合金的性能；

3)将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制；其中低温轧制采用交叉累积叠轧。

上述低温轧制的步骤为：第一道次轧制温度为352-358℃，轧辊转速为10-12r/min，压下量为20-25％，保温12-14min后空冷；第二道次轧制温度为348-352℃，轧辊转速为14-16r/min，压下量为15-18％，保温3-5min后空冷，重复轧制3-5道次；最后道次轧制温度为352-358℃，轧辊转速为16-18r/min，压下量为10-12％，保温12-14min后空冷。低温轧制有利于镁锂合金中形成均匀细小的晶粒，在塑性变形过程中，均匀细小的晶粒一方面有利于合金的塑性变形，一方面增加了晶界的数量，提高了镁锂合金的强度，而本发明低温轧制方法能够使得初始低温轧制过程中产生的孪晶和纤维组织消失，使得再结晶产生的细小的晶粒弥散分布于整个显微组织中，增加晶界面积，提高合金中位错密度和强度，同时有助于改善镁锂合金材料的各向异性，使得到的镁锂合金材料具有最佳综合力学性能，此外该低温轧制程序间相互增益，还能在提高合金的强度的条件下维持塑性在较稳定的范围内，改善镁锂合金的应用。

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，该镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：5.7wt％，Y：9.0wt％，Co：6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括，

1)将预热后的金属原料真空熔炼得到合金液，真空熔炼采用频率为0.065MHz电磁感应加热，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金；

2)将所得到的铸态镁锂合金在温度为240℃的条件下匀质化处理9h；

3)将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制，第一道次轧制温度为355℃，轧辊转速为11r/min，压下量为22.5％，保温13min后空冷；第二道次轧制温度为350℃，轧辊转速为15r/min，压下量为16.5％，保温4min后空冷，重复轧制4道次；最后道次轧制温度为355℃，轧辊转速为17r/min，压下量为11％，保温13min后空冷，得到镁锂合金，轧制态镁锂合金Mg-5.7Li-9Y-6Co的显微组织如图1所示，从图1中可以看到，轧制态镁锂合金Mg-5.7Li-9Y-6Co中含有大量的长周期堆垛有序结构，挤压态镁锂合金Mg-5.7Li-9Y-6Co的真应力-真应变曲线如图2所示，从图2中可以看到，镁锂合金材料的屈服强度为280MPa，抗拉强度为340MPa，延伸率12.7％；镁锂合金材料的密度为1.5g/cm^-3。

实施例2：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，包含如下重量百分比的成分：Li：2.6wt％；Tb：7.5wt％；Co：4.5wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt.％。

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括，

1)将预热后的金属原料真空熔炼得到合金液，真空熔炼采用频率为0.05MHz电磁感应加热，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金；

2)将所得到的铸态镁锂合金在温度为220℃的条件下匀质化处理8h；

3)将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制，第一道次轧制温度为352℃，轧辊转速为10r/min，压下量为20％，保温12min后空冷；第二道次轧制温度为348℃，轧辊转速为14r/min，压下量为15％，保温3min后空冷，重复轧制3道次；最后道次轧制温度为352℃，轧辊转速为16r/min，压下量为10％，保温12min后空冷。镁锂合金材料的屈服强度为265MPa，抗拉强度为334MPa，延伸率14.8％；镁锂合金材料的密度为1.46g/cm^-3。

实施例3：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，包含如下重量百分比的成分：Li：0.1wt％；Y：6.0wt％；Co：3.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括，

1)将预热后的金属原料真空熔炼得到合金液，真空熔炼采用频率为0.08MHz电磁感应加热，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金；

2)将所得到的铸态镁锂合金在温度为250℃的条件下匀质化处理10h；

3)将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制，第一道次轧制温度为358℃，轧辊转速为12r/min，压下量为25％，保温14min后空冷；第二道次轧制温度为352℃，轧辊转速为16r/min，压下量为18％，保温5min后空冷，重复轧制5道次；最后道次轧制温度为358℃，轧辊转速为18r/min，压下量为12％，保温14min后空冷。镁锂合金材料的屈服强度为263MPa，抗拉强度为337MPa，延伸率15.7％；镁锂合金材料的密度为1.44g/cm^-3。

对比例1：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，该镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：5.7wt％，Y：9.0wt％，Co：4.5wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。其制备方法同实施例3，该镁锂合金材料的屈服强度为233MPa，抗拉强度为287MPa，延伸率11.4％；镁锂合金材料的密度为1.57g/cm^-3。

对比例2：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，该镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：5.7wt％，Y：9.0wt％，Co：7.2wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。其制备方法同实施例3，该镁锂合金材料的屈服强度为245MPa，抗拉强度为278MPa，延伸率10.7％；镁锂合金材料的密度为1.6g/cm^-3。

对比例1和对比例2的镁锂合金材料的强度和塑性均差于实施例1，这说明镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的合理重量比能够在真空铸造过程中最大限度地将长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，提高镁锂合金材料的强度。

对比例3：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，该镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：5.7wt％，Y：9.0wt％，Co：6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括，

1)将预热后的金属原料真空熔炼得到合金液，真空熔炼采用频率为0.04MHz电磁感应加热，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金；

2)将所得到的铸态镁锂合金在温度为240℃的条件下匀质化处理9h；

3)将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制，第一道次轧制温度为355℃，轧辊转速为11r/min，压下量为22.5％，保温13min后空冷；第二道次轧制温度为350℃，轧辊转速为15r/min，压下量为16.5％，保温4min后空冷，重复轧制4道次；最后道次轧制温度为355℃，轧辊转速为17r/min，压下量为11％，保温13min后空冷，得到镁锂合金，镁锂合金材料的屈服强度为240MPa，抗拉强度为298MPa，延伸率10.7％；镁锂合金材料的密度为1.52g/cm^-3。

对比例4：

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料，该镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：5.7wt％，Y：9.0wt％，Co：6.0wt％，其余为Mg和不可避免的杂质，不可避免的杂质的含量≤0.03wt％。

一种高强度单相(α相)镁锂合金材料的制备方法，包括，

1)将预热后的金属原料真空熔炼得到合金液，真空熔炼采用频率为0.1MHz电磁感应加热，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金；

2)将所得到的铸态镁锂合金在温度为240℃的条件下匀质化处理9h；

3)将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制，第一道次轧制温度为355℃，轧辊转速为11r/min，压下量为22.5％，保温13min后空冷；第二道次轧制温度为350℃，轧辊转速为15r/min，压下量为16.5％，保温4min后空冷，重复轧制4道次；最后道次轧制温度为355℃，轧辊转速为17r/min，压下量为11％，保温13min后空冷，得到镁锂合金，镁锂合金材料的屈服强度为253MPa，抗拉强度为287MPa，延伸率8.6％；镁锂合金材料的密度为1.54g/cm^-3。

对比例1和对比例2的镁锂合金材料的强度和塑性均差于实施例1，这说明镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的合理重量比能提高镁锂合金材料的强度。该频率的电磁感应能使得无序固溶体中的溶质原子Li、Y、Co、Mg形成有序固溶体，在镁锂合金中以晶粒内部的层片状的长周期结构的形式存在，即在镁锂合金中形成了一种新型的长周期堆垛有序结构，能够促进长周期结构相引入到镁锂合金α相基体中，提高合金强度和塑性。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种高强度单相α相镁锂合金材料，其特征在于：包含如下重量百分比的成分：Li：0.1-5.7wt%；稀土元素：6.0-9.0wt%；Co：3.0-6.0wt%，其余为Mg和不可避免的杂质；所述镁锂合金材料中不可避免的杂质的含量≤0.03wt%；所述镁锂合金材料的屈服强度为250-280MPa，抗拉强度为300-340MPa，延伸率12-16%；所述镁锂合金材料的密度为1.4-1.5g/cm³；所述镁锂合金材料中稀土元素和Co元素的重量比为1:0.5-0.8；所述镁锂合金材料的制备方法包括低温轧制步骤；所述低温轧制的步骤为：第一道次轧制温度为352-358℃，轧辊转速为10-12r/min，压下量为20-25%，保温12-14min后空冷；第二道次轧制温度为348-352℃，轧辊转速为14-16r/min，压下量为15-18%，保温3-5min后空冷，重复轧制3-5道次；最后道次轧制温度为352-358℃，轧辊转速为16-18r/min，压下量为10-12%，保温12-14min后空冷。

2.根据权利要求1所述的一种高强度单相α相镁锂合金材料，其特征在于：所述稀土元素为重稀土元素，选自Y、Gd、Dy、Er或Tb。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度单相α相镁锂合金材料，其特征在于：所述镁锂合金材料包含如下重量百分比的成分：Li：0.1-5.7wt%；Y：6.0-9.0wt%；Co：3.0-6.0wt%，其余为Mg和不可避免的杂质；所述不可避免的杂质的含量≤0.03wt%。

4.根据权利要求书1所述的一种高强度单相α相镁锂合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将镁锭、镁钴合金锭放入熔炉中，保温预热后通入保护气体，然后在保护气氛下继续升温至750-780°C，加入镁-稀土中间合金，熔化后加入锂棒，待锂棒熔化后，在该温度下搅拌10-15min，最后浇铸冷却得铸态镁锂合金；

2）将所得到的铸态镁锂合金在220-250℃下匀质化处理8-10h；

3）将匀质化处理后的镁锂合金进行低温轧制；

所述步骤3）中低温轧制采用交叉累积叠轧。

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