一种含Si的耐蚀镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于镁合金的技术领域，公开了一种含Si的耐蚀镁合金及其制备方法。所述含Si的耐蚀镁合金包括以下按重量百分比计的成分：Sn 6～10％；Si 0.7～1％；RE 0.3～1％；Mg:余量；所述RE为Nd和/或Y。本发明专利技术还公开耐蚀镁合金的制备方法。本发明专利技术的耐蚀镁合金采用Nd、Y元素变质共晶Mg2Si相，改善共晶Mg2Si相形貌，使粗大的汉字状Mg2Si变为点状或棒状，且组织分布均匀，而且显著地提高了含Si镁合金的耐蚀性能。本发明专利技术采用的中间合金成本低廉，加工工艺简单，易于实现工业化批量生产。

A Corrosion Resistant Magnesium Alloy Containing Si and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of magnesium alloys, and discloses a corrosion resistant magnesium alloy containing Si and a preparation method thereof. The corrosion-resistant magnesium alloy containing Si comprises the following components by weight percentage: Sn 6-10%; Si 0.7-1%; RE 0.3-1%; Mg: remainder; RE is Nd and/or Y. The invention also discloses a preparation method of corrosion resistant magnesium alloy. The corrosion-resistant magnesium alloy of the invention adopts Nd and Y elements to modify eutectic Mg2Si phase, improves the morphology of eutectic Mg2Si phase, makes the coarse Chinese-character Mg2Si become dot or rod-shaped, and has uniform structure distribution, and remarkably improves the corrosion resistance of the Si-containing magnesium alloy. The master alloy adopted by the invention has low cost, simple processing technology and is easy to realize industrial batch production.

【技术实现步骤摘要】
一种含Si的耐蚀镁合金及其制备方法
本专利技术属于镁合金的
，具体涉及一种含Si的耐蚀镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、高比弹性模量、导热性好、机械加工性能优良等诸多优点，在航空航天、汽车、电子和国防军事工业等领域具有广阔应用前景，被誉为21世纪“绿色环保和生态金属材料”。因此，镁合金已成为替代钢铁、铝合金的理想轻量化材料。然而与钢和铝合金相比，镁合金的绝对强度低、高温性能差，特别是由于Mg元素的电极电位低，使得镁合金的耐蚀性普遍较差，其应用受到很大限制，开发高耐蚀性的镁合金对于拓展镁合金的应用非常重要。公开号为CN106282706A的专利申请公开了一种稀土耐蚀镁合金。该专利申请公开的耐蚀性镁合金成分简单，耐蚀性能优异，但添加了较大量的贵金属元素(Ag)和稀土元素(Nd，Y)，成本较高，不利于实际生产。合金化方法已经成为改善镁合金高温性能、力学、耐蚀等性能最普遍和有效的手段。Sn元素具有价格低、易于合金化和加工工艺简便等优点。Sn在Mg中固溶度随温度变化较大，是一种典型具有沉淀强化效果的合金化元素。此外，Sn在Mg中可生成高熔点Mg2Sn相，该相弥散分布与晶界上，可有效地钉扎晶界阻碍位错滑移，有利于提高镁合金的室温和高温性能。同Sn元素相似，Si元素具有低成本和物理性质佳的优点，Si在Mg中溶解度极低，生成的第二相Mg2Si具有低密度、高熔点和高弹性模量等特点，是提高镁合金高温性能，特别是高温抗蠕变性能的有效增强相。因此，Mg-Sn-Si系镁合金是近年来受到广泛关注的耐热镁合金。然而含Si镁合金，特别是在普通铸造条件下，合金中Mg2Si相常呈现粗大树枝晶、多边形和汉字状，严重割裂基体，使镁合金力学性能及耐蚀性能下降，严重影响其应用。因此，控制和改善Mg2Si相的形态、大小和分布是提高含Si镁合金耐蚀性的关键。通过添加合金化元素改善微观组织以提高镁合金的耐蚀性，可有效地扩大镁合金的应用范围。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术目的在于提供一种具有优良耐蚀性的低成本含Si镁合金及其制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种含Si的耐蚀镁合金，包括以下按重量百分比计的成分：所述RE为Nd和/或Y。当RE为Nd和Y时，Nd的重量含量大于Y的重量含量，优选Nd的重量含量≥1.5倍Y的重量含量，更优选Nd的重量含量≥2倍Y的重量含量。优选地，当RE为Nd和Y时，1.5倍Y的重量≤Nd的重量≤10倍Y的重量。所述含Si耐蚀镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)熔化纯镁：在保护性气氛中，将镁锭进行熔化，获得纯镁熔体；(2)合金化：向步骤(1)所得熔体中加入镁-硅中间合金、纯Sn和镁-RE中间合金，熔化，搅拌，静置保温，获得镁合金熔体；镁-RE中间合金中RE为Nd或Y；镁-RE中间合金为镁-Nd中间合金和/或镁-Y中间合金；(3)浇铸合金：将步骤(2)的镁合金熔体进行拔渣，浇铸，获得含Si耐蚀镁合金。步骤(2)的具体步骤为向步骤(1)所得纯镁熔体中加入镁-硅中间合金和纯Sn，熔化混匀，然后加入镁-RE中间合金进行变质处理，熔化后搅拌，静置保温，获得镁合金熔体。所述混匀是指充分熔化后搅拌1～2min；所述熔化混匀中熔化的温度为730～770℃；所述变质处理的温度为730～770℃；所述熔化后搅拌的时间为1～2min，所述静置保温的时间为8～12min。步骤(2)中所述镁-硅中间合金为Mg-3％Si(3％是指Si元素在镁硅中间合金中所占质量百分比)；镁-RE中间合金为Mg-20％RE中间合金，即Mg-20％Y和/或Mg-20％Nd中间合金。步骤(1)中熔化的温度为730～770℃。步骤(1)中所述保护性气氛为SF6和N2的混合气体；混合的体积比为SF6:N2＝2:98。步骤(2)中熔化、保温的温度独自为730～770℃。步骤(3)中浇铸是指在经预热后的碳素钢模具中进行浇铸；模具的预热温度为180～210℃。本专利技术的基本原理：Sn元素加入Mg-Si合金后改善了第二相Mg2Si的大小和分布，同时α-Mg基体中溶解的Sn参与了成膜过程，膜的成分是氧化镁和氧化锡，此外，分布均匀的Mg2Sn相可在腐蚀过程中起到屏障作用，降低腐蚀速率。稀土元素(Nd、Y)的加入同样改善了Mg-Si合金的耐蚀性。一方面，稀土元素影响了镁合金的电化学腐蚀过程，加入稀土元素后在基体中生成Si-RE-rich相，其可作为弱阴极降低了腐蚀驱动力，从而抑制电偶腐蚀的发生。另一方面，经稀土元素变质后的Mg-Si合金中，共晶Mg2Si相由粗大汉字状变为较均匀细小的点状或棒状。在腐蚀过程中，随着α-Mg基体的溶解，第二相逐渐累积并在基体表面形成连续相，与此同时腐蚀产物逐渐积累，形成腐蚀产物膜，二者可有效地作为物理屏障阻碍腐蚀离子(如：Cl-)的进一步渗入，抑制腐蚀的进一步发生。因此，加入Sn和RE元素后，Mg-Si合金的耐蚀性显著提高。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的耐蚀镁合金采用Nd、Y元素变质共晶Mg2Si相，改善共晶Mg2Si相形貌，使粗大的汉字状Mg2Si变为点状或棒状，且组织分布均匀；(2)本专利技术通过合金化方法，显著地提高了含Si镁合金的耐蚀性能；(3)本专利技术采用的中间合金成本低廉，加工工艺简单，易于实现工业化批量生产。附图说明图1为对比例1中Mg-0.8％Si合金的光学显微组织图；图2为对比例1中Mg-0.8％Si合金的宏观腐蚀形貌图；图3为对比例1中Mg-0.8％Si合金的微观腐蚀形貌图；图4为实施例1中Mg-8％Sn-0.7％Si-1.0％Y合金的光学显微组织图；图5为实施例1中Mg-8％Sn-0.7％Si-1.0％Y合金的宏观腐蚀形貌图；图6为实施例1中Mg-8％Sn-0.7％Si-1.0％Y合金的微观腐蚀形貌图。具体实施方式为更好地理解本专利技术，下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步地说明，但本专利技术的实施方式不限于此。对比例1：Mg-0.8％Si合金本对比例所用的原料包括高纯镁、Mg-3％Si中间合金。该合金的元素重量百分比为：Si:0.8％，其余为Mg。Mg-0.8％Si合金的制备：(1)熔化高纯镁：将高纯镁锭(纯度为99.95％)加热至熔融态，熔化温度为750℃，获得纯镁熔体；(2)合金化：向步骤(1)所得熔体中加入Mg-3％Si中间合金，待完全熔化后搅拌1min使成分均匀；搅拌后静置保温10min；(3)浇铸合金：对经步骤(2)处理后的镁合金熔体进行拔渣，随后浇铸入经200℃预热后的碳素钢模具中，获得Mg-0.8％Si合金。整个过程均在保护气氛下进行(保护气为SF6和N2混合气体，两者体积比为2％：98％)。高纯镁锭、Mg-3％Si中间合金的用量按照Mg-0.8％Si合金中元素的重量百分比计算。为了表征上述合金的组织和性能特性，利用光学显微镜(型号：LeicaDFC)进行合金铸态组织观察；利用数码相机进行试样的宏观腐蚀形貌观测；利用扫描电子显微镜(型号：Merlin)进行试样的微观腐蚀形貌观测；利用电化学工作站(型号：SP-150)对抛光后的试样进行动电位极化曲线测试，扫描范围为开路电位的±0.3V，扫描速率为1mV/s，试验温度为25℃，使用EC-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Si的耐蚀镁合金，其特征在于：包括以下按重量百分比计的成分：Sn：6～10％；Si：0.7～1％；RE：0.3～1％；Mg:余量；所述RE为Nd和/或Y。

【技术特征摘要】
1.一种含Si的耐蚀镁合金，其特征在于：包括以下按重量百分比计的成分：Sn：6～10％；Si：0.7～1％；RE：0.3～1％；Mg:余量；所述RE为Nd和/或Y。2.根据权利要求1所述含Si的耐蚀镁合金，其特征在于：当RE为Nd和Y时，Nd的重量含量大于Y的重量含量。3.根据权利要求1或2所述含Si的耐蚀镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)熔化纯镁：在保护性气氛中，将镁锭进行熔化，获得纯镁熔体；(2)合金化：向步骤(1)所得熔体中加入镁-硅中间合金、纯Sn和镁-RE中间合金，熔化，搅拌，静置保温，获得镁合金熔体；镁-RE中间合金中RE为Nd或Y；镁-RE中间合金为镁-Nd中间合金和/或镁-Y中间合金；(3)浇铸合金：将步骤(2)的镁合金熔体进行拔渣，浇铸，获得含Si耐蚀镁合金。4.根据权利要求3所述含Si的耐蚀镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)的具体步骤为向步骤(1)所得纯镁熔体中加入镁-硅中间合金和纯Sn，熔化混匀，然后加入镁-RE中间合金进行变质处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，韩帅，冉合迎，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44