一种耐腐蚀稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐腐蚀稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金材料技术领域。本发明专利技术的耐腐蚀稀土镁合金，包括以下质量百分比的组分：7.0～8.0％Al，0.9～1.0％Zn，0.3～0.5％Mn，0.5～0.6％Nd，0.8～0.9％Gd，0.7～0.8％Ag，0.9～1.0％Sn，杂质元素Fe、Cu和Ni的总量小于0.2％，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明专利技术的耐腐蚀稀土镁合金，通过稀土元素和其他元素的添加不仅改善了Al元素在镁基体中的固溶度，同时镁合金中形成了金属间化合物，提高了稀土镁合金耐腐蚀表面膜的稳定性，降低了腐蚀电流密度，明显降低了镁合金的腐蚀速率，同时显著改善了镁合金的力学性能，拓宽了镁合金的应用范围。

A Corrosion Resistant Rare Earth Magnesium Alloy and Its Preparation Method

The invention relates to a corrosion resistant rare earth magnesium alloy and a preparation method thereof, belonging to the technical field of magnesium alloy materials. The corrosion resistant rare earth magnesium alloy of the invention includes the following components: 7.0-8.0% Al, 0.9-1.0% Zn, 0.3-0.5% Mn, 0.5-0.6% Nd, 0.8-0.9% Gd, 0.7-0.8% Ag, 0.9-1.0% Sn, the total amount of impurity elements Fe, Cu and Ni is less than 0.2%, the remaining amount of Mg and inevitable impurities. The corrosion resistant rare earth magnesium alloy of the invention can not only improve the solid solubility of Al elements in magnesium matrix by adding rare earth elements and other elements, but also form intermetallic compounds in magnesium alloys, which improves the stability of corrosion resistant surface films of rare earth magnesium alloys, reduces the corrosion current density, significantly reduces the corrosion rate of magnesium alloys, and significantly improves the strength of magnesium alloys. The mechanical properties of magnesium alloys broaden the application scope of magnesium alloys.

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀稀土镁合金及其制备方法
本专利技术涉及一种耐腐蚀稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金材料

技术介绍
在现有金属结构材料体系中，镁合金是一种新型的轻质金属结构材料，具有很高的比强度、比刚度和弹性模量，此外还具有优异的铸造性能以及较高的阻尼抗振性能，易于回收利用，具有环保特性，因此镁合金有着非常广泛的应用前景，深受航空航天、交通运输、电子通讯以及汽车工业等行业的青睐，目前已成为极具潜力的金属结构材料之一。但是镁合金的应用还受到一定因素的制约，比如室温力学性能较差，塑性较差，熔炼时较为容易燃烧，耐腐蚀性能较差等。镁是一种化学性质十分活泼的金属，在大多数环境介质中，镁与其他常用金属相比具有最低电位，同时镁及其合金所形成的氧化膜大多较为疏松多孔，故而镁及镁合金耐腐蚀性较差，在酸性、中性及弱碱性溶液中都不耐腐蚀，提高镁合金的耐腐蚀性对扩大镁合金的使用范围及延长使用寿命具有重要意义。通过添加合金元素的方法是提高镁合金的耐腐蚀性的重要途径，恰当的合金元素的添加能够改变镁合金中的相结构和各自的腐蚀电位，能够显著提高合金的耐腐蚀性能。申请公布号为CN104250699A的中国专利技术专利申请公开了一种含铌的耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3～4.1％、Zn为0.8～1.0％、Mn为0.3～0.5％、Nb为0.01～0.02％，余量为Mg，该技术方案中的镁合金具有较高的耐腐蚀性能，但其抗拉强度及综合性能难以满足需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀稀土镁合金，该耐腐蚀稀土镁合金成本低，综合性能好，在保证具有较强的耐腐蚀性的同时还具有较强的高温抗拉性能及阻燃性。本专利技术还提供一种上述耐腐蚀稀土镁合金的制备方法，该制备方法工艺简单，通过该方法得到的镁合金具有很好的耐腐蚀性及力学性能。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种耐腐蚀稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：Al:7.0～8.0％、Zn:0.9～1.0％、Mn:0.3～0.5％、Nd:0.5～0.6％、Gd:0.8～0.9％、Ag:0.7～0.8％、Sn:0.9～1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。上述耐腐蚀稀土镁合金，通过Al、Zn、Mn及其他元素的合金科学搭配，实现了在较低成本下大幅度提高镁合金的耐腐蚀性能及力学性能。Al是镁合金中最为重要的合金化元素之一，加入Al对镁进行合金化有利于镁合金耐腐蚀性能的提高，Al的加入也可能使镁的表面膜更为稳定，在一定程度上能提高镁合金的耐腐蚀性。Zn对镁合金耐腐蚀性的影响主要是改善表面膜的性能和提高有害杂质Fe、Ni、Cu在合金中的允许浓度。Mn在Mg中的固溶度较小，不与Mg形成化合物，可以细化晶粒，同时少量的Mn能够显著提高镁合金的耐腐蚀性能。Mn能与严重损害镁合金耐腐蚀性能的杂质元素Fe形成高熔点化合物沉淀出来，减少杂质元素对镁合金耐腐蚀性的影响。少量稀土元素的添加能够细化合金晶粒，减小显微组织的疏松和热裂倾向，稀土元素很容易与Al形成Al-RE相，改善镁合金的力学性能和耐腐蚀性能，同时能够通过固溶强化和第二相析出强化来改善镁合金高温性能。本专利技术通过同时添加少量的稀土元素Nd和Gd改善镁合金组织和高温性能，稀土元素的过量加入会增加合金密度，更重要的是会提高合金成本，本专利技术中Nd和Gd的添加量分别为0.5～0.6％和0.8～0.9％，其加入量不至于太多或太少。合金中Ag的添加能够影响镁合金氧化的热力学反应与动力学反应过程，形成具有保护作用的致密的氧化膜，达到阻止合金剧烈燃烧的目的。此外Ag的加入能够细化合金显微组织，提高合金的强度和塑性，Ag与Mg所形成的Mg-Ag相能够降低第二相和基体的电位差，增强基体的耐腐蚀性，从而可以降低合金的腐蚀速率。Sn在Mg-Al系镁合金可以形成Mg2Sn相，此外Sn可以细化镁合金合金的组织，改善Mg17Al12相的形态及分布，从而提高合金的室温和高温力学性能，另外Sn能够改善镁合金析出相的分布，提高其腐蚀电位，从而能够改善其耐腐蚀性能。本专利技术的耐腐蚀稀土镁合金，通过稀土元素和其他元素的添加不仅改善了Al元素在镁基体中的固溶度，同时镁合金中形成了金属间化合物，提高了稀土镁合金耐腐蚀表面膜的稳定性，降低了腐蚀电流密度及镁合金的腐蚀速率，同时显著改善了镁合金的力学性能。所述杂质包括Fe、Cu和Ni，所述杂质在耐腐蚀稀土镁合金中的质量百分比小于0.2％。杂质在耐腐蚀稀土镁合金中的质量百分比小于0.2％可以提高镁合金的耐腐蚀性。一种耐腐蚀稀土镁合金的制备方法，包括如下步骤：(1)将原料镁、铝、锌、锰、银、锡在保护气氛中熔化，得熔液A；(2)在熔液A加热至700～710℃时加入镁-稀土中间合金，继续升温至720～735℃，保温得合金浇铸液，将浇铸液进行浇铸得铸态合金；(3)将步骤(2)中的铸态合金进行热处理，即得。上述制备方法操作工艺简单，易实现，经济环保，通过该方法得到的耐腐蚀稀土镁合金具有更高的综合性能和耐腐蚀性能。步骤(2)所述的镁-稀土中间合金为镁-钕-钆中间合金，或由镁-钕中间合金与镁-钆中间合金组成，或由镁-钕中间合金、镁-钆中间合金中的至少一种与镁-钕-钆中间合金组成。稀土元素Nd和Gd的混合添加能够显著净化合金液，同时明显改善氧化膜的粘附性，使得外氧化膜更加稳固，从而显著提高了该合金的抗氧化能力。所述镁、铝、锌、锰、银、锡、镁-稀土中间合金加入前均经过预热处理，预热处理的温度为200～250℃。各组分的原料经过预热处理更易于成型，避免金属原料由于急冷、急热引起的金属剧烈收缩或膨胀。步骤(2)所述保温的时间为8～15min。将溶液A与镁-稀土中间合金升温后保温可以使它们充分熔化、均匀混合。步骤(3)所述的热处理为对铸态合金依次进行固溶处理和时效处理。所述耐腐蚀稀土镁合金进行固溶工艺处理能够得到一个镁合金的过饱和固溶体，然后通过人工时效工艺处理获得优异的时效强化效果。所述固溶处理为420～440℃温度下处理10～12h。在该固溶工艺条件下所述耐腐蚀稀土镁合金能够得到最大的过饱和固溶度，温度过高或时间过长会导致镁合金的氧化过烧和晶粒粗大。所述时效处理为220～240℃温度下处理14～16h。在该条件下耐腐蚀稀土镁合金能够取得最优的强化效果，得到最佳的性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术具体实施方式中涉及到的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锰、纯银、纯锡、镁-稀土中间合金均为市售产品。耐腐蚀稀土镁合金的实施例1本实施例中的耐腐蚀稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：7.0％Al，1.0％Zn，0.4％Mn，0.5％Nd，0.9％Gd，0.7％Ag，0.9％Sn，余量为Mg和不可避免的杂质；杂质中Fe、Cu和Ni的总质量占稀土镁合金的质量百分比小于0.2％。耐腐蚀稀土镁合金的实施例2本实施例中的耐腐蚀稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：7.5％Al，1.0％Zn，0.4％Mn，0.5％Nd，0.9％Gd，0.7％Ag，1.0％Sn，余量为Mg和不可避免的杂质；杂质中Fe、Cu和Ni的总质量占稀土镁合金的质量百分比小于0.2％。耐腐蚀稀土镁合金的实施例3本实施例中的耐腐蚀稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：7.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀稀土镁合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Al:7.0～8.0％、Zn:0.9～1.0％、Mn:0.3～0.5％、Nd:0.5～0.6％、Gd:0.8～0.9％、Ag:0.7～0.8％、Sn:0.9～1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀稀土镁合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Al:7.0～8.0％、Zn:0.9～1.0％、Mn:0.3～0.5％、Nd:0.5～0.6％、Gd:0.8～0.9％、Ag:0.7～0.8％、Sn:0.9～1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀稀土镁合金，其特征在于：所述杂质包括Fe、Cu和Ni，所述杂质在耐腐蚀稀土镁合金中的质量百分比小于0.2％。3.一种耐腐蚀稀土镁合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将原料镁、铝、锌、锰、银、锡在保护气氛中熔化，得熔液A；(2)在熔液A加热至700～710℃时加入镁-稀土中间合金，继续升温至720～735℃，保温得合金浇铸液，将浇铸液进行浇铸得铸态合金；(3)将步骤(2)中的铸态合金进行热处理，即得。4.根据权利要求3所述的耐腐蚀稀土镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，李全安，张清，朱利敏，陈晓亚，戚尧，史浩鹏，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41