适于利用大气熔炼进行加工的镁锂铝锌合金及其用途的制作方法

1.本发明涉及镁锂铝铝合金的技术领域，尤其涉及一种适于利用大气熔炼进行加工的镁锂铝铝合金及其用途。


背景技术：

2.众所周知，轻质合金可分类为铝合金、钛合金以及镁锂合金，其特征在于，镁锂合金又可分为镁锂锌系列合金(lz-series alloy)、镁锂铝系列合金(la-series alloy)、以及镁锂铝锌系列合金(laz-series alloy)。并且，研究数据指出，laz是镁锂铝锌合金的热辐射散热能力是优于lz是镁锂锌合金和la是镁锂铝合金。
3.近年来，笔记型电脑不断地进行的轻薄化，因此，具有高散热能力以及低比重的镁锂铝锌合金于是成为了笔记型电脑的外壳的最佳制造材料。研究数据指出，镁锂铝锌合金通常含有9～12％的锂，且其比重约为1.45～1.60。此外，镁锂铝锌合金还具有高比强度、良好制震性、容易切削以及能屏蔽电磁干扰等优点，因此被应用于加工成各式轻质结构件，进而应用在自行车、汽车、和航空工具的制造。
4.长期涉及金属结构件的成型制造的工程师必然知道，一金属结构件的成型制造通常包括以下步骤：(1)将金属材料放入一坩锅内，利用大气熔炼法将其熔化；以及(2)完成扒渣后，将坩锅内的熔融态金属材料注入一模具之中，经浇铸成型为一结构件。可惜的是，镁锂铝锌合金的闪燃温度通常低于其熔融温度，无法利用大气熔炼法使镁锂铝锌合金熔化。更详细地说明，在利用电炉加热放置在坩锅内的镁锂铝锌合金的过程中，当受加热的镁锂铝锌合金的温度升高至闪燃温度之时，镁锂铝锌合金即发生闪燃，此时镁锂铝锌合金的温度尚未达到熔融温度。有鉴于此，只能利用真空熔炼法进行镁锂铝锌合金的熔炼。换句话说，镁锂铝锌合金无法适用于前述介绍的金属结构件的成型制造模式。
5.由前述说明可知，有必要对现有的镁锂铝锌合金进行改良，使其闪燃温度高于熔融温度，从而可以利用大气熔炼法将其熔化。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种镁锂铝锌合金，其闪燃点高于其熔化点，故而适于利用大气熔炼将其熔融，并接着利用浇铸成型或射出成型而被加工成一结构件。
7.为达成上述目的，本发明提出所述适于利用大气熔炼进行加工的镁锂铝锌合金的一实施例，其组成以重量百分比计系包括：5～15wt％的li、1.5～9.0wt％的al、0.5～1.5wt％的zn、0.04～1.38wt％的y、0.18～1.01wt％的nd、0.09～0.65wt％的ce、以及平衡量的mg和不可避免的杂质；其特征在于，所述镁锂铝锌合金的闪燃点高于其熔化点，从而适于利用大气熔炼将其熔融。
8.在一实施例中，该镁锂铝锌合金的闪燃点介于620℃至700℃之间。
9.在一实施例中，在经过冷滚轧处理而具有54％的冷滚轧变形量的情况下，所述镁锂铝锌合金的高温降伏强度(yield strength)介于201mpa至240mpa之间。
10.在一实施例中，在经过冷滚轧处理而具有54％的冷滚轧变形量的情况下，所述镁锂铝锌合金的伸长率介于20％至25％之间。
11.在可行的实施例中，所述镁锂铝锌合金系利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法、和粉末冶金法所组成群组的一种工艺方法所制成。
12.在一实施例中，所述镁锂铝锌合金为经熔解凝固的一铸造态合金或经热处理后的一热处理态合金。其特征在于，所述热处理为选自于由均质化处理、时效硬化处理、和退火软化处理所组成群组之中的一种。
13.进一步地，本发明同时提供一种镁锂铝锌合金的用途，其应用于利用浇铸成型或射出成型而被加工成一结构件，例如为3c产品的壳件、内构件和轮框。
14.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
15.图1为实验样品e的灰阶影像图；
16.图2为实验样品f的灰阶影像图；
17.图3为实验样品g和对比样品d的伸长率(percent elongation,％el)的统计长条图；以及
18.图4为实验样品g降伏强度(yield strength,ys)的统计长条图。
具体实施方式
19.为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种适于利用大气熔炼进行加工的镁锂铝锌合金，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。
20.本发明提出的一种镁锂铝锌合金，其闪燃点高于其熔化点，故而适于利用大气熔炼将其熔融，并接着利用浇铸成型或射出成型而被加工成一结构件。依据本发明的设计，所述镁锂铝锌合金的组成以重量百分比计包括：5～15wt％的锂(li)、1.5～9.0wt％的铝(al)、0.5～1.5wt％的锌(zn)、0.01～1.38wt％的(钇)y、0.18～1.01wt％的钕(nd)、0.09～0.65wt％的铈(ce)、以及平衡量的镁(mg)和不可避免的杂质。
21.实际应用时，本发明的镁锂铝锌合金可以利用真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法。特别说明的是，较佳地，本发明的镁锂铝锌合金为经熔解凝固的一铸造态合金或为经热处理后的一热处理态合金。长期涉及合金设计与制造的材料工程师应当知道，所述热处理可以是均质化处理、时效硬化处理、或退火软化处理。
22.长期涉及合金设计与制造的材料工程师应当知道，一金属结构件的成型制造通常包括以下步骤：(1)将金属材料放入一坩锅内，利用大气熔炼法将其熔化；以及(2)完成扒渣后，利用浇铸成型或者射出成型将坩锅内的熔融态的金属材料成型为所述金属结构件。然而，商用的镁锂铝锌合金laz521、laz721、laz771、laz921及laz1491因其闪燃温度通常低于其熔融温度，不适合采用大气熔炼法进行熔融，因此无法适用于前述介绍的金属结构件的成型制造模式。值得注意的是，本发明的镁锂铝锌合金的闪燃点介于620℃至700℃之间，故高于商用的镁锂铝锌合金laz521、laz721、laz771、laz921及laz1491。因此，本发明的镁锂铝锌合金用以取代商用的镁锂铝锌合金laz521、laz721、laz771、laz921及laz1491，进而应
用于一金属结构件的成型制造，例如为3c产品的壳件、内构件和轮框。
23.为了证实上述本发明的镁锂铝锌合金的实施例一及实施例二是的确能够被据以实施的，以下将藉由多组实验数据的呈现，加以证实的。
24.实施例一
25.于实验例一中，是利用真空熔炼炉来制造本发明的镁锂铝锌合金的样品，所述样品的组成整理于下表(1)之中。
26.表(1)
[0027][0028]
由上表(1)可知，对比样品a为商用的镁锂铝锌合金laz521。应知道，镁锂铝锌合金laz521包含：5wt％的锂(li)、2wt％的铝(al)、1wt％的锌、以及平衡量的镁(mg)和不可避免的杂质(如：微量金属mn)。另一方面，实验样品a是通过对商用的镁锂铝锌合金laz521和0.78wt％的(钇)y、0.65wt％的钕(nd)以及0.41wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。
[0029]
实施例二
[0030]
于实验例二中，是利用真空熔炼炉来制造本发明的镁锂铝锌合金的样品，所述样品的组成是整理于下表(2)之中。
[0031]
表(2)
[0032][0033]
由上表(2)可知，对比样品b为商用的镁锂铝锌合金laz721。应知道，镁锂铝锌合金laz721包含：7wt％的锂(li)、2wt％的铝(al)、1wt％的锌、以及平衡量的镁(mg)和不可避免的杂质(如：微量金属mn)。另一方面，实验样品b是通过对商用的镁锂铝锌合金laz721和0.34wt％的(钇)y、0.41wt％的钕(nd)以及0.28wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。
[0034]
实施例三
[0035]
于实验例三中，是利用真空熔炼炉来制造本发明的镁锂铝锌合金的样品，所述样品的组成整理于下表(3)之中。
[0036]
表(3)
[0037][0038]
由上表(3)可知，对比样品c为商用的镁锂铝锌合金laz771。应知道，镁锂铝锌合金laz771包含：7wt％的锂(li)、7wt％的铝(al)、1wt％的锌、以及平衡量的镁(mg)和不可避免的杂质(如：微量金属mn)。另一方面，实验样品c通过对商用的镁锂铝锌合金laz771和0.92wt％的(钇)y、0.46wt％的钕(nd)以及0.28wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。
[0039]
实施例四
[0040]
于实验例四中，是系利用真空熔炼炉来制造本发明的镁锂铝合金的样品，所述样品的组成整理于下表(4)之中。
[0041]
表(4)
[0042][0043]
由上表(4)可知，对比样品d为商用的镁锂铝锌合金laz921。应知道，镁锂铝锌合金laz921包含：9wt％的锂(li)、2wt％的铝(al)、1wt％的锌、以及平衡量的镁(mg)和不可避免的杂质(如：微量金属mn)。另一方面，实验样品d是通过对商用的镁锂铝锌合金laz921和0.63wt％的(钇)y、0.51wt％的钕(nd)以及0.25wt％的铈(ce)进行真空电弧熔炼之后所获得。并且，实验样品e是通过对商用的镁锂铝锌合金laz921和0.57wt％的(钇)y、0.14wt％的钕(nd)以及0.08wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。
[0044]
实施例五
[0045]
于实验例五中，是利用真空电弧熔炼炉来制造本发明的镁锂铝锌合金的样品，所述样品的组成整理于下表(5)之中。
[0046]
表(5)
[0047][0048]
由上表(5)可知，对比样品f为商用的镁锂铝锌合金laz1491。应知道，镁锂铝锌合
金laz1491包含：14wt％的锂(li)、9wt％的铝(al)、1wt％的锌、以及平衡量的镁(mg)和不可避免的杂质(如：微量金属mn)。另一方面，实验样品f是通过对商用的镁锂铝锌合金laz1491和1.2wt％的(钇)y、0.8wt％的钕(nd)以及0.6wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。
[0049]
多个对比样品和多个实验样品的有关量测数据整理于下表(6a)、表(6a)、表(7a)和表(7b)之中。
[0050]
表(6a)
[0051][0052][0053]
表(6b)
[0054][0055]
表(7a)
[0056]
[0057]
表(7b)
[0058][0059][0060]
图1为实验样品e的灰阶影像图，且图2为实验样品f的灰阶影像图。值得注意的是，图1和图2之中所标示的t1、t2和t3为取样位置。量测样品的数据时，分别在这三个位置取样，而后进行闪燃点和熔化点的量测以及组成分析。因此，在表(1)～表(7b)中，每个样品皆纪录有三个闪燃点的数据。更进一步地说明，实验样品e(即，laz921+y+nd+ce)的组成分析结果如下表(8)所示，且实验样品f(即，laz1491+y+nd+ce)的组成分析结果如下表(9)所示。
[0061]
表(8)
[0062][0063]
表(9)
[0064][0065]
实施例六
[0066]
进一步地，本案发明人还完成实验例六。在实验例六中，是利用真空电弧熔炼炉来制造本发明的镁锂铝锌合金的样品，所述样品的组成整理于下表(10)之中。
[0067]
表(10)
[0068]
[0069]
由上表(10)可知，实验样品g是通过对商用的镁锂铝锌合金laz921和0.5wt％的(钇)y、0.48wt％的钕(nd)以及0.27wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。并且，实验样品h是通过对商用的镁锂铝锌合金laz921和0.57wt％的(钇)y、0.14wt％的钕(nd)以及0.08wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。另一方面，实验样品i是通过对商用的镁锂铝锌合金laz921和0.58wt％的(钇)y、0.49wt％的钕(nd)以及0.32wt％的铈(ce)进行真空熔炼之后所获得。并且，实验样品g～i的有关量测数据整理于下表(11)之中。
[0070]
表(11)
[0071] 实验样品g实验样品h实验样品i闪燃点(℃)630.5643.0645.8 625.5633.0622.0 628.5632.3635.9熔化点(℃)581.5584.5582.3
[0072]
进一步地，本案发明人还对实验样品g(即，laz921+y+nd+ce)以及对比样品d(即，laz921+y+nd+ce)进行机械性质的量测。首先，操作滚轧加工机对实验样品g以及对比样品d进行冷滚轧(cold rolled,cr)，进而分析其冷加工应变硬化(strain hardened)现象。图3显示实验样品g和对比样品d的伸长率(percent elongation,％el)的统计长条图。如图3所示，对比样品d在铸造态下所测得的伸长率为24.6％el。并且，在经过冷滚轧而具有51％的冷滚轧变形量的情况下，对比样品d所测得的伸长率只剩下11.9％el。显见，受冷加工应变硬化的影响，对比样品d的伸长率大幅下降51.6％。另一方面，如图3所示，实验样品g在铸造态下所测得的伸长率为31.0％el。并且，在经过冷滚轧而具有51％的冷滚轧变形量的情况下，对比样品e所测得的伸长率为23.7％el。可以得知，对比样品d的伸长率仅下降23.5％。因此，图3的实验数据证实，相较于商用的镁锂铝锌合金(如：laz921)，本发明的镁锂铝锌合金系显示出较为优秀的冷加工应变硬化的抑制力。
[0073]
继续地，本案发明人还对实验样品g进行热处理并量测其高温降伏强度(yield strength)。图4显示实验样品g的降伏强度(yield strength,ys)的统计长条图。如图4所示，在经过冷滚轧处理而具有51％的冷滚轧变形量的情况下，本发明的镁锂铝锌合金的高温降伏强度介于201mpa至240mpa之间。因此，图4的实验数据证实，相较于商用的镁锂铝锌合金(如：laz921)，本发明的镁锂铝锌合金是显示出较为优秀的滚轧材强度。
[0074]
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种镁锂铝锌合金，其组成以重量百分比计包括：5～15wt％的li、1.5～9.0wt％的al、0.5～1.5wt％的zn、0.4～1.3wt％的y、0.18～1.01wt％的nd、0.09～0.65wt％的ce、以及平衡量的mg和不可避免的杂质；其特征在于，所述镁锂铝锌合金的闪燃点高于其熔化点，从而适于利用大气熔炼将其熔融。2.根据权利要求1所述的镁锂铝锌合金，其特征在于，该镁锂铝锌合金的闪燃点介于620℃至700℃之间。3.根据权利要求1所述的镁锂铝锌合金，其特征在于，在经过冷滚轧处理而具有54％的冷滚轧变形量的情况下，所述镁锂铝锌合金的高温降伏强度介于201mpa至240mpa之间。4.根据权利要求1所述的镁锂铝锌合金，其特征在于，在经过冷滚轧处理而具有54％的冷滚轧变形量的情况下，所述镁锂铝锌合金的伸长率介于20％至25％之间。5.根据权利要求1所述的镁锂铝锌合金，其特征在于，所述镁锂铝锌合金利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法、和粉末冶金法所组成群组的一种工艺方法所制成。6.根据权利要求1所述的镁锂铝锌合金，其特征在于，所述镁锂铝锌合金为经熔解凝固的一铸造态合金或经热处理后的一热处理态合金。7.根据权利要求1所述的镁锂铝锌合金，其特征在于，所述热处理为选自于由均质化处理、时效硬化处理、和退火软化处理所组成群组之中的一种。8.一种根据权利要求1至8中任一项所述的镁锂铝锌合金的用途，其应用于利用浇铸成型或射出成型而被加工成一结构件。

技术总结
本发明主要揭示一种适于利用大气熔炼进行加工的镁锂铝锌合金及其用途，镁锂铝锌合金组成以重量百分比计包括：5～15wt％的Li、1.5～9.0wt％的Al、0.5～1.5wt％的Zn、0.4～1.3wt％的Y、0.18～1.01wt％的Nd、0.09～0.65wt％的Ce以及平衡量的Mg和不可避免的杂质。实验数据显示，本发明的镁锂铝锌合金的闪燃点介于620℃至700℃之间，故高于商用的镁锂铝锌合金LAZ521、LAZ721、LAZ771、LAZ921及LAZ1491。因此，本发明的镁锂铝锌合金适于利用大气熔炼将其熔融，接着利用浇铸成型或射出成型而被加工成一结构件，例如为3C产品的壳件、内构件和轮框。内构件和轮框。内构件和轮框。


技术研发人员：林俊凯 郭建奕 范谨婷
受保护的技术使用者：安立材料科技股份有限公司
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2023/8/9