專利名稱：：一種提高az91d鎂合金耐腐蝕性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及金屬材料，特別是涉及一種利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與硼復(fù)合處理工藝實(shí)現(xiàn)提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法。技術(shù)背景鎂合金是最輕的結(jié)構(gòu)材料之一，具有高的比強(qiáng)度、比剛度、優(yōu)良的減震性和鑄造性能，在航空、汽車、電子等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，并表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。AZ91D鎂合金具有優(yōu)異的鑄造性能和良好的室溫力學(xué)性能，是最廣泛使用的一類鎂合金，占?jí)鸿T鎂合金用量的90%，但是，鎂及鎂合金的抗蝕能力很低，使其應(yīng)用范圍受到很大限制，因此，進(jìn)一步提高鎂合金的耐腐蝕性能變得越來(lái)越迫切。加入提高鎂合金耐蝕性的合金元素，利用優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)以及通過(guò)改善基體腐蝕產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新的鎂合金，是提高鎂合金耐蝕性能的根本途徑，也是鎂合金實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的有效途徑。如少量的Be加入鎂合金熔體中，熔體表面形成一層氧化鈹保護(hù)膜，減少鎂的腐蝕。但是Be含量過(guò)高會(huì)引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。還有一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是Be有毒，不僅對(duì)人體有害，廢渣還危害環(huán)境。有研究表明，微量硼的加入也能顯著細(xì)化鎂合金的組織和晶粒，提高其自腐蝕電位，降低鹽霧腐蝕速率，使該輕質(zhì)合金耐腐蝕性能得以改善。但當(dāng)硼的加入量超過(guò)0.01%時(shí)，硼與Al生成的化合物偏聚于晶界，損害鎂合金的韌性，且對(duì)ci-Mg晶粒有粗化作用，并且硼細(xì)化晶粒的機(jī)制還不清楚。因此，加硼提高鎂合金的耐腐蝕性還沒(méi)得到實(shí)際應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力來(lái)推動(dòng)金屬有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)，從而減少枝狀晶，增加等軸晶率，達(dá)到改善合金質(zhì)量的目的。它是一種非接觸攪拌，既克服了機(jī)械攪拌直接接觸金屬液，造成巻入氣渣等缺陷的缺點(diǎn)，又克服了加入第三組元的耗材料、耗時(shí)間、成本高的缺點(diǎn)，備受人們關(guān)注，極具工業(yè)潛力。有報(bào)道表明，在合金凝固過(guò)程中施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，能產(chǎn)生明顯的晶粒細(xì)化和晶粒尺寸均勻化的作用，并能減少合金元素的宏觀偏析，對(duì)中間相的生長(zhǎng)以及分布也有一定影響。因此，本發(fā)明以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為外力，以硼作為合金元素，研制了具有良好耐腐蝕性能的AZ91D鎂合金。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單且能耗低。本發(fā)明采用包括以下步驟的方法來(lái)提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能硼復(fù)合處理先對(duì)AZ91D鎂合金錠進(jìn)行加熱熔煉，然后在590610。C時(shí)通入C02+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至720740。C時(shí)以A1-4B中間合金的形式向鎂合金液中添加硼，再攪拌均勻并保溫靜置1030min獲得硼鎂復(fù)合液，待溫度降至68070(TC時(shí)將硼鎂復(fù)合液澆鑄到預(yù)熱為200400。C的金屬模具中，該模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)處理硼鎂復(fù)合液澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使硼鎂復(fù)合液在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模，即得耐腐蝕性能提高的AZ91D鎂合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)其一.在鎂合金熔體凝固過(guò)程中施加磁場(chǎng)，鎂合金晶粒明顯細(xì)化，自腐蝕電位比未加磁場(chǎng)時(shí)顯著提高。其二.加入的硼資源豐富，價(jià)格低廉。其三.由于是一種非接觸式攪拌，克服了機(jī)械攪拌直接接觸金屬液容易巻入氣渣造成組織缺陷等缺點(diǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。其四.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置簡(jiǎn)單，所用磁場(chǎng)通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)定子繞組線圈產(chǎn)生，操作控制方便，生產(chǎn)安全無(wú)危險(xiǎn)。其五.無(wú)污染，能耗低，生產(chǎn)方式靈活。圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置示意圖。其中l(wèi).定子繞組線圈；2.墊塊；3.硼鎂復(fù)合液；4.不銹鋼模具；5.三相調(diào)壓器。圖2為鎂合金的浸泡失重曲線。其中(a)原始AZ91D鎂合金的浸泡失重曲線；(b)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和B復(fù)合處理的AZ91D鎂合金的浸泡失重曲線。圖3為鎂合金的極化曲線。其中(a)原始AZ91D鎂合金的極化曲線；(b)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和B復(fù)合處理的AZ91D鎂合金的極化曲線。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供的提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，具體是采用包括以下步驟的方法1.硼復(fù)合處理先將AZ91D鎂合金錠放入石墨坩堝內(nèi)，并且在井式坩堝電阻爐加熱熔煉；然后在5卯610。C時(shí)通入C02+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至720740。C時(shí)以A1-4B中間合金的形式向鎂合金液中添加硼，使硼的添加量為占鎂合金液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.005-0.05%;再攪拌均勻并保溫靜置1030min獲得硼鎂復(fù)合液，待溫度降至680700°C時(shí)將硼鎂復(fù)合液澆鑄到預(yù)熱為20040CTC的金屬模具中，該模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中。2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)處理硼鎂復(fù)合液澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流頻率為50HZ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓為50120V。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示包括定子繞組線圈1、墊塊2和三相調(diào)壓器5，墊塊2位于定子繞組線圈1中，在墊塊2的凹槽上固定金屬模具4，金屬模具4內(nèi)澆鑄有硼鎂復(fù)合液3。金屬模具4可由不銹鋼制成。三相調(diào)壓器5由導(dǎo)線與定子繞組線圈1相連。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)處理過(guò)程是通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組線圈l產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)交變電磁場(chǎng)，通過(guò)三相調(diào)壓器5輸入不同的電壓來(lái)改變勵(lì)磁電流的大小，使磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生改變，從而改變電磁力大小，以此調(diào)節(jié)硼鎂復(fù)合液3的旋轉(zhuǎn)速度，使硼鎂復(fù)合液在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模，即得耐腐蝕性能提高的AZ91D鎂合金。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1:將鎂合金AZ91D置于柑堝中，放入石墨坩堝內(nèi)，在井式坩堝電阻爐加熱熔煉，當(dāng)爐腔溫度升至600'C時(shí)，通入C02+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至720'C時(shí)，以A1-4B(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，。/。)中間合金的形式向合金液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的B，攪拌均勻并保溫靜置10min，待溫度降至685。C時(shí)將鎂合金澆鑄到金屬型模具中(預(yù)熱至35(TC)，模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)。澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流頻率為50HZ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓為50V。合金在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模即可。AZ91D合金的化學(xué)成分見表1。圖2為不同處理后的AZ91D鎂合金在3.5%NaCl水溶液中的浸泡失重隨時(shí)間變化的情況。由該圖可知在相同時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的失重量遠(yuǎn)小于未經(jīng)處理的。隨著時(shí)間的增加，兩種合金的失重量都增加，但經(jīng)過(guò)處理的AZ91D合金的失重曲線明顯更加平緩一些。因此經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金具有更好的耐腐蝕性能。圖3為動(dòng)電位掃描極化曲線，由該圖可知經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的自腐蝕電位為-1.50V,相對(duì)于未經(jīng)處理的AZ91D合金的自腐蝕電位-1.59V，上升了5.36%(參照?qǐng)D3)。這表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的耐腐蝕性明顯高于未處理的AZ91D合金的耐腐蝕性，與靜態(tài)浸泡實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。實(shí)施例2:將AZ91D鎂合金置于坩堝中，放入石墨坩堝內(nèi)，在井式坩堝電阻爐加熱熔煉，當(dāng)爐腔溫度升至60(TC時(shí)，通入C02+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至73(TC時(shí)，以A1-4B(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)中間合金的形式向合金液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05。/。的B，攪拌均勻并保溫靜置15min，待溫度降至69(TC時(shí)將鎂合金澆鑄到金屬型模具中(預(yù)熱至30(TC)，模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)。澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流頻率為50HZ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓為IOOV。合金在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模即可。動(dòng)電位極化掃描實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的自腐蝕電位為-1.48V,相對(duì)于未經(jīng)處理的AZ91D合金的自腐蝕電位-1.59V，上升了6.43%。這表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的耐腐蝕性明顯高于未處理的AZ91D合金的耐腐蝕性。實(shí)施例3:將AZ91D鎂合金置于坩堝中，放入石墨坩堝內(nèi)，在井式坩堝電阻爐加熱熔煉'當(dāng)爐腔溫度升至59(TC時(shí)，通入C02+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至73(TC時(shí)，以A1-4B(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)中間合金的形式向合金液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%的B，攪拌均勻并保溫靜置20min，待溫度降至69(TC時(shí)將鎂合金澆鑄到金屬型模具中(預(yù)熱至300°C)，模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)。澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流頻率為50HZ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓為120V。合金在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模即可。動(dòng)電位極化掃描實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的自腐蝕電位為-1.46V,相對(duì)于未經(jīng)處理的AZ91D合金的自腐蝕電位-1.59V，上升了8.18%。這表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的耐腐蝕性明顯高于未處理的AZ91D合金的耐腐蝕性。實(shí)施例4:將AZ91D鎂合金置于坩堝中，放入石墨坩堝內(nèi)，在井式坩堝電阻爐加熱熔煉，當(dāng)爐腔溫度升至610。C時(shí)，通入C02+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至73(TC時(shí)，以A1-4B(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)中間合金的形式向合金液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的B，攪拌均勻并保溫靜置15min，待溫度降至69(TC時(shí)將鎂合金澆鑄到金屬型模具中(預(yù)熱至30(TC)，模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)。澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流頻率為50HZ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓為70V。合金在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模即可。動(dòng)電位極化掃描實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的自腐蝕電位為-1.51V,相對(duì)于未經(jīng)處理的AZ91D合金的自腐蝕電位-1.59V，上升了5.03%。這表明經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的AZ91D合金的耐腐蝕性明顯高于未處理的AZ91D合金的耐腐蝕性。附表表lAZ91D合金的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，其特征是采用包括以下步驟的方法硼復(fù)合處理先對(duì)AZ91D鎂合金錠進(jìn)行加熱熔煉，然后在590～610℃時(shí)通入CO2+SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至720～740℃時(shí)以Al-4B中間合金的形式向鎂合金液中添加硼，再攪拌均勻并保溫靜置獲得硼鎂復(fù)合液，待溫度降至680～700℃時(shí)將硼鎂復(fù)合液澆鑄到預(yù)熱為200～400℃的金屬模具中，該模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)處理硼鎂復(fù)合液澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使硼鎂復(fù)合液在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模，即得耐腐蝕性能提高的AZ91D鎂合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，其特征是將AZ91D鎂合金錠放入石墨坩堝內(nèi)，并且在井式坩堝電阻爐加熱熔煉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，其特征是在添加硼時(shí)，應(yīng)使硼的添加量為占鎂合金液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0050.05%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，其特征是保溫靜置時(shí)間為1030min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，其特征是啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，其工藝參數(shù)為電流頻率為50HZ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓為50120V。全文摘要本發(fā)明是一種提高AZ91D鎂合金耐腐蝕性能的方法，具體是先對(duì)AZ91D鎂合金錠進(jìn)行加熱熔煉，然后在590～610℃時(shí)通入CO₂+SF₆混合氣體進(jìn)行保護(hù)，繼續(xù)升溫至720～740℃時(shí)以Al-4B中間合金的形式向鎂合金液中添加硼，再攪拌均勻并保溫靜置獲得硼鎂復(fù)合液，待溫度降至680～700℃時(shí)將硼鎂復(fù)合液澆鑄到預(yù)熱為200～400℃的金屬模具中，該模具放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中；硼鎂復(fù)合液澆鑄完畢后，立即通電啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使硼鎂復(fù)合液在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下凝固，室溫下冷卻，凝固結(jié)束后關(guān)閉旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，脫模即可。本發(fā)明具有無(wú)污染，能耗低，鎂合金晶粒明顯細(xì)化的優(yōu)點(diǎn)，能提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性能。文檔編號(hào)C22C1/02GK101265526SQ200810047500公開日2008年9月17日申請(qǐng)日期2008年4月29日優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日發(fā)明者林華,李繼高,許小芳,金亞旭申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)