一種高耐腐蝕鎂合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料類領(lǐng)域，特別涉及一種高耐腐蝕鎂合金的合金配比，合金材料中各組分質(zhì)量百分數(shù)如下：Al：4.5％～5.5％，Zn：1.5％～2％，Mn：0.1％～0.3％，Y：0.1％～0.5wt％雜質(zhì)元素含量：Fe≤0.01％，Ni≤0.003％，Cu≤0.0004％，Si≤0.03％，Ca≤0.002％，其余為鎂，本發(fā)明通過Al、Mn、Zn、Y合金化科學(xué)配方設(shè)計，實現(xiàn)較低成本大幅度提高鎂合金的耐腐蝕性能；5％的NaCl中性鹽霧試驗120h，腐蝕速度v失＜0.008mg·cm-2·h-1，v深＜0.5mm/a。
【專利說明】一種高耐腐蝕鎂合金材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種高耐腐蝕鎂合金材料及其制備方法，屬于金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金具有許多優(yōu)異的性能，這也是鎂合金得以廣泛應(yīng)用的根本前提，但是，鎂合 金在各種環(huán)境的應(yīng)用，必然產(chǎn)生腐蝕問題，因為鎂的化學(xué)活潑性決定了鎂合金的耐蝕性不 會太理想，在各種應(yīng)用環(huán)境中有可能因腐蝕而影響到其應(yīng)用的效果或壽命，這就會大大地 提高鎂合金的應(yīng)用成本。當(dāng)應(yīng)用成本過高時，鎂合金的應(yīng)用就會失去動力?？梢哉f腐蝕問 題是制約鎂在各領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一，只有較好地解決鎂合金的腐蝕問題，才能消除 鎂合金及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的阻力，并使鎂合金應(yīng)用于原來不大可能的領(lǐng)域中。因此，提高 鎂合金的耐腐蝕性是目前鎂合金研究的重點之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種低成本、高耐蝕鎂合金及其制備 方法，通過控制合金中不同元素的配比，實現(xiàn)大幅度提高鎂合金的耐腐蝕性能，同時在鎂合 金加入少量的稀土元素增加鋁在鎂基體中的溶解度以及增加表面鈍化，使得鎂鋁合金的耐 腐蝕性能進一步提1?。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高耐腐蝕鎂合金材 料，具體配比如下：鎂合金中各元素以及雜質(zhì)元素含量：Al :4. 5%?5. 5%，Zn :1. 5%? 2%，Mn :0· 1%?0· 3%，Y :0· 1%?0· 5% ;雜質(zhì)元素含量：Fe 彡 0· 01%，Ni 彡 0· 003%， Cu 彡 0· 0004%，Si 彡 0· 03%，Ca 彡 0· 003%，其余為 Mg。
[0005] 本發(fā)明制備高耐蝕鎂鋁合金的原材料采用：
[0006] 純鎂、純鋁、純鋅、Al-10% Mn中間合金、Mg-30% Y中間合金，純鎂、純鋁、純鋅以及 中間合金中雜質(zhì)元素的含量在符合國家標準的基礎(chǔ)上還應(yīng)符合：Fe < 0. 01 %，Ni < 0. 003% ，Cu 彡 0· 0004%，Si 彡 0· 03%。
[0007] 本發(fā)明提供的高耐蝕鎂鋁合金的制備方法，步驟和條件如下：按照配比稱材料，將 純鎂錠預(yù)熱到250°C放入到預(yù)熱溫度為500°C的45#鋼坩堝中熔化，通入SF 6+C02+N2保護氣 體（混合氣體配比/V% :50N2+50C02+0. 3SF6)，并將溫度上升到700°C。待鎂錠完全熔化 后，將溫度升至720°C，加入預(yù)熱到250°C的純鋁，加入后攪拌2?3分鐘至全部熔化后，按 照加入純鋁的方法將溫度保持在720°C依次加入純鋅、Al-10% Mn中間合金、Mg-30% Y中 間合金。待其全部熔化后，撇去表面浮渣，加入JDMJ(無水MgCl2占60%?70%，工業(yè)KCl 占20%左右，螢石粉占10%左右）進行精煉，上下攬動5min直至液面呈光殼的鏡面為止， 升溫至740°C靜止15min。保持在740°C進行金屬型澆注，最終得到高耐蝕的鎂鋁合金。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0009] 1、本發(fā)明原料來源廣泛，采用國內(nèi)大量生產(chǎn)和銷售的純鎂、純鋁、純鋅、鋁錳中間 合金以及稀土中間合金材料。
[0010] 2、本發(fā)明中，Y的加入不僅改善Al元素在鎂基體中的溶解度，同時Y的加入使得 耐腐蝕表面膜中增加了 Y2〇3。
[0011] 3、本發(fā)明中，通過Al、Μη、Zn、Y的合金化科學(xué)配方設(shè)計，實現(xiàn)較低成本大幅度 提高鎂合金的耐腐蝕性能，經(jīng)過5% NaCl鹽霧試驗120h，鎂合金腐蝕速率腐蝕速度 < 0. 008mg · cm 2 · h \ vs< 0. 5mm/a〇

【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明的設(shè)計思想如下：
[0013] 稀土金屬Y可以改善Al元素在鎂基體中的溶解度，使得a -Mg中的Al含量增加， 可以形成致密的Al3O2保護膜；同時Y的加入使得耐腐蝕表面膜中增加了 Y2O3 ;1. 5%?2% 的鋅對鎂合金腐蝕影響的益處是，它能減少雜質(zhì)元素，如鐵、鎳等在鎂中的不利作用。它也 能一定程度地提高對雜質(zhì)銅的容許極限，能使鎂合金的局部腐蝕傾向變??；錳的加入可大 大地抑制一些雜質(zhì)元素的不利影響，從而提高鎂合金的耐腐蝕性，但是，鎂鋁合金中錳的溶 解度僅有〇· 3 %，所以含量選擇在0· Iwt %?0· 3wt %。
[0014] 實施例一
[0015] 本實施例中，高耐蝕鎂鋁合金的組成成分和質(zhì)量百分比為：Al :4. 5%，Zn :1. 5%， Mn :0· 1%，Y :0· 1% ;雜質(zhì)元素含量：Fe :0· 008%，Ni :0· 001%，Cu :0· 0004%，Si :0· 02%， Ca :0. 0019%，余量為鎂。
[0016] 按照配比稱材料，將純鎂錠預(yù)熱到250°C放入到預(yù)熱溫度為500°C的45#鋼坩堝中 熔化，通入SFe+O^+隊保護氣體（混合氣體配比/V% :50N2+50C02+0. 3SF6)，并將溫度上升到 700°C。待鎂錠完全熔化后，將溫度升至720°C，加入預(yù)熱到250°C的純鋁，加入后攪拌2? 3分鐘至全部熔化后，按照加入純鋁的方法將溫度保持在720°C依次加入純鋅、Al-10% Mn 中間合金、Mg-30% Y中間合金。待其全部熔化后，撇去表面浮渣，加入JDMJ(無水MgCl2占 60%?70%，工業(yè)KCl占20%左右，螢石粉占10%左右）進行精煉，上下攪動5min直至液 面呈光亮的鏡面為止，升溫至740°C靜止15min。保持在740°C進行金屬型澆注，最終得到高 耐蝕的鎂鋁合金。
[0017] 實施例二
[0018] 本實施例中，高耐蝕鎂鋁合金的組成成分和質(zhì)量百分比為：Al :5. 0%，Zn :1. 8%， Mn :0· 2 %，Y :0· 3 % ;雜質(zhì)元素含量：Fe :0· 0063 %，Ni :0· 0026 %，Cu :0· 0004 %，Si : 0· 026%，Ca :0· 0023%，余量為鎂。
[0019] 按照配比稱材料，將純鎂錠預(yù)熱到250°C放入到預(yù)熱溫度為500°C的45#鋼坩堝中 熔化，通入SFe+O^+隊保護氣體（混合氣體配比/V% :50N2+50C02+0. 3SF6)，并將溫度上升到 700°C。待鎂錠完全熔化后，將溫度升至720°C，加入預(yù)熱到250°C的純鋁，加入后攪拌2? 3分鐘至全部熔化后，按照加入純鋁的方法將溫度保持在720°C依次加入純鋅、Al-10% Mn 中間合金、Mg-30% Y中間合金。待其全部熔化后，撇去表面浮渣，加入JDMJ(無水MgCl2占 60%?70%，工業(yè)KCl占20%左右，螢石粉占10%左右）進行精煉，上下攪動5min直至液 面呈光亮的鏡面為止，升溫至740°C靜止15min。保持在740°C進行金屬型澆注，最終得到高 耐蝕的鎂鋁合金。
[0020] 實施例三
[0021] 本實施例中，高耐蝕鎂鋁合金的組成成分和質(zhì)量百分比為：Al :5. 5%，Zn :2. 0%， Mn :0· 3 %，Y :0· 5 % ;雜質(zhì)元素含量：Fe :0· 0033 %，Ni :0· 0011 %，Cu < 0· 0004%，Si : 0· 013%，Ca :0· 0020%，余量為鎂。
[0022] 按照配比稱材料，將純鎂錠預(yù)熱到250°C放入到預(yù)熱溫度為500°C的45#鋼坩堝中 熔化，通入SFe+O^+隊保護氣體（混合氣體配比/V% :50N2+50C02+0. 3SF6)，并將溫度上升到 700°C。待鎂錠完全熔化后，將溫度升至720°C，加入預(yù)熱到250°C的純鋁，加入后攪拌2? 3分鐘至全部熔化后，按照加入純鋁的方法將溫度保持在720°C依次加入純鋅、Al-10% Mn 中間合金、Mg-30% Y中間合金。待其全部熔化后，撇去表面浮渣，加入JDMJ(無水MgCl2占 60%?70%，工業(yè)KCl占20%左右，螢石粉占10%左右）進行精煉，上下攪動5min直至液 面呈光亮的鏡面為止，升溫至740°C靜止15min。保持在740°C進行金屬型澆注，最終得到高 耐蝕的鎂鋁合金。
[0023] 本發(fā)明涉及的腐蝕試驗
[0024] 澆注所得鑄件使用線切割加工成Φ40Χ4的圓形薄片，經(jīng)2000#水砂紙打磨，酒 精沖洗使試樣表面光滑潔凈，冷風(fēng)吹干以后用精度為萬分之一克的分析天平進行稱量，記 原始質(zhì)量為W 2，每種合金取三個平行試樣進行中性鹽霧試驗；中性鹽霧實驗采用50g/L的 NaCl溶液，PH值為6. 5?7. 2,試驗溫度為（35±2) °C，相對濕度90%，試驗時間為120h。
[0025] 取出試樣在鉻酸（200g/L Cr03+10g/L AgNO3)溶液中清除鎂合金表面上的腐蝕產(chǎn) 物，用酒精洗滌吹干并用分析天平稱量記質(zhì)量為Wtl，用以下公式計算腐蝕速度(mm/a)。

【權(quán)利要求】
1. 一種高耐腐蝕鎂合金材料，其特征在于，各組分按質(zhì)量百分數(shù)配比如下： A1 :4. 5%?5. 5%，Zn :1. 5%?2%，Mn :0? 1%?0? 3%，Y :0? 1%?0? 5%，雜質(zhì)元素含 量：Fe 彡 0? 01%，Ni 彡 0? 003%，Cu 彡 0? 0004%，Si 彡 0? 03%，Ca 彡 0? 002%，其余為 Mg。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐腐蝕鎂合金材料，其特征在于，制備高耐蝕鎂鋁合 金的原材料采用：純鎂、純鋁、純鋅、Al-10% Mn中間合金、Mg-30% Y中間合金，純鎂、純鋁、 純鋅以及中間合金中雜質(zhì)元素的含量在符合國家標準的基礎(chǔ)上還應(yīng)符合：Fe < 0. 01%，Ni 彡 0? 003%，Cu 彡 0? 0004%，Si 彡 0? 03%。
3. -種制備如權(quán)利要求1所述的高耐蝕鎂鋁合金的方法，其特征在于，按以下步驟和 條件實施： 第一步：按照配比稱材料，將純鎂錠預(yù)熱到250°C放入到預(yù)熱溫度為500°C的45#鋼 坩堝中熔化，通入SF6+C02+N2保護氣體，并將溫度上升到700°C，所述保護氣體的配比/ V% : 50N2+50C02+0. 3SF6 ； 第二步，待鎂錠完全熔化后，將溫度升至720°C，加入預(yù)熱到250°C的純鋁，加入后攪拌 2?3分鐘至全部熔化后，按照加入純鋁的方法將溫度保持在720°C依次加入純鋅、A1-10% Mn中間合金、Mg-30% Y中間合金； 第三步，待其全部熔化后，撇去表面浮渣，加入JDMJ，進行精煉，上下攪動5min直至液 面呈光亮的鏡面為止，升溫至740°C靜止15min，所述JDMJ的配比為：無水MgCl2占60%? 70%，工業(yè)KC1占20%，螢石粉占10% ; 第四步，保持在740°C進行金屬型澆注，最終得到高耐蝕的鎂鋁合金。
【文檔編號】C22C1/03GK104404329SQ201410796164
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】毛紅奎, 楊曉禹, 徐宏, 張國偉 申請人:中北大學(xué)