一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法技术

本申请提供了一种镁合金复合材料，包括：镁合金；复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；所述镁合金包括：大于0小于等于2wt％的Zn，大于0小于等于2wt％的Ca，大于0小于等于2wt％的Sm，大于0小于等于6wt％的Y和余量的Mg；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。所述镁合金机械强度高，耐腐蚀性强；所述耐腐蚀层硬度高，耐腐蚀性强，与镁合金的结合性好。实验结果表明，本发明专利技术提供的镁合金复合材料的抗拉强度在400MPa以上，屈服强度在280MPa以上，延伸率大于7％，表面维氏硬度Hv0.2大于102，耐腐蚀层与镁合金的结合强度达5B级(ASTM)以上。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法
本专利技术属于合金领域，尤其涉及一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法。
技术介绍
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，具有密度小、比强度高、阻尼性好、电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、易回收等优点，在航空工业、汽车、机械设备、电子产品等领域有着非常广阔的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材料”。我国是原镁生产和出口大国，但我国镁合金的研究和应用开发却相对滞后，其中一个重要的原因是镁合金的防腐蚀问题没有得到很好地解决。镁在所有工业金属材料中化学活性最高，在潮湿空气、含硫气氛和海洋大气中均会遭受严重的化学腐蚀。另外，镁的标准电极电位仅为-2.37V，会作为阳极与合金中的杂质反应，发生电偶腐蚀。因此，要扩大镁合金的使用范围，充分发挥其优越的性能，就必须提高镁合金的耐腐蚀性能。现有技术中提高镁合金耐腐蚀性能的方法主要分为两种：(1)通过加入合金化元素减少镁合金中杂质的含量，并利用热变形加工改善合金组织和第二相的分布；(2)采用微弧氧化、电镀、化学镀、表面涂覆等表面处理工艺制备耐腐蚀性的防护涂层，该涂层可以避免镁合金基体与外界环境的直接接触，进而提高合金的耐腐蚀性能。但是，目前制备的镁合金的耐腐蚀性能依然较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法，本专利技术提供的镁合金和镁合金复合材料具有良好的耐腐蚀性能。本专利技术提供了一种镁合金，包括以下组分：大于0小于等于2wt％的Zn；大于0小于等于2wt％的Ca；大于0小于等于2wt％的Sm；大于0小于等于6wt％的Y；余量的Mg。优选的，包括0.2～1wt％的Zn。优选的，包括0.2～1wt％的Ca。优选的，包括0.2～1wt％的Sm。优选的，包括1～4wt％的Y。本专利技术提供了一种镁合金复合材料，包括：上述技术方案所述的镁合金；复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。优选的，所述耐腐蚀层中碳含量为25～70at％。本专利技术提供了一种镁合金复合材料的制备方法，包括：采用磁控溅射法在上述技术方案所述的镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到镁合金复合材料；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。优选的，所述沉积耐腐蚀层的过程中使用的溅射气体为氩气，反应气体为甲烷。优选的，所述甲烷与氩气的体积比为1～20：80。与现有技术相比，本专利技术提供了一种镁合金，包括以下组分：大于0小于等于2wt％的Zn；大于0小于等于2wt％的Ca；大于0小于等于2wt％的Sm；大于0小于等于6wt％的Y；余量的Mg。本专利技术提供的镁合金含有锌、钙、钇和钐元素。在镁合金中添加适量的锌元素能够提高镁合金的强度和硬度；在镁合金中添加适量的钙元素能够提高镁合金的耐腐蚀性能；在镁合金中添加适量的钇和钐元素可以强化镁合金细晶，降低有害杂质的阴极作用，提高镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。本专利技术还提供了一种镁合金复合材料，包括：上述技术方案所述的镁合金；复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。本专利技术提供的镁合金复合材料在镁合金表面复合有致密的含有碳化铪、碳化钽或碳化锆的耐腐蚀层，具有良好的机械强度、耐腐蚀性和耐磨性，耐腐蚀层与合金基体的结合强度高，不易脱落。实验结果表明，本专利技术提供的镁合金复合材料的抗拉强度在400MPa以上，屈服强度在280MPa以上，延伸率大于7％，表面维氏硬度Hv0.2大于102，耐腐蚀层与镁合金的结合强度达5B级(ASTM)以上。该镁合金复合材料在3.5wt％NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0～5.0×10-6A/cm2。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的镁合金复合材料生产工艺流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种镁合金，包括以下组分：大于0小于等于2wt％的Zn；大于0小于等于2wt％的Ca；大于0小于等于2wt％的Sm；大于0小于等于6wt％的Y；余量的Mg。本专利技术提供的镁合金包括Zn、Ca、Sm、Y和Mg。其中，所述Zn在镁合金中的含量为大于0小于等于2wt％，优选为0.2～1wt％。Zn的加入可以和Mg形成MgZn相，提高镁合金的强度和硬度。所述Ca在镁合金中的含量为大于0小于等于2wt％，优选为0.2～1wt％。Ca的加入可以有效地减缓合金中Mg的腐蚀，提高镁合金的耐腐蚀性能。所述Sm在镁合金中的含量为大于0小于等于2wt％，优选为0.2～1wt％。所述Y在镁合金中的含量为大于0小于等于6wt％，优选为1～4wt％。Sm和Y加入到镁合金中可以净化合金熔体，细化合金组织，提高合金力学性能。同时，Sm和Y能够降低镁合金中有害杂质(铁、镍等)的阴极作用，从而提高镁合金基体的耐腐蚀性。另外，Sm和Y的加入使镁合金表面形成更加致密的腐蚀产物膜，可以有效抑制合金的进一步腐蚀。本专利技术所提供的镁合金可以按照以下步骤制备得到：首先将Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源熔融混合，得到合金熔体，然后将所述合金熔体依次经过铸造、机械加工和压力加工，得到镁合金。所述Mg源优选为镁单质、Mg-Ca中间合金、Mg-Sm中间合金和Mg-Y中间合金中的一种或多种，更优选为镁单质；所述Zn源优选为锌单质；所述Ca源优选为钙单质和/或Mg-Ca中间合金，更优选为Mg-Ca中间合金，所述Mg-Ca中间合金中Ca含量优选为20～40wt％，更优选为25～35wt％；所述Sm源优选为钐单质和/或Mg-Sm中间合金，更优选为Mg-Sm中间合金，所述Mg-Sm中间合金中Sm含量优选为10～30wt％，更优选为15～25wt％；所述Y源优选为钇单质、Mg-Y中间合金和富Y混合稀土中的一种或多种，更优选为Mg-Y中间合金，所述Mg-Y中间合金中Y含量优选为10～30wt％，更优选为15～25wt％。本专利技术优选在制备镁合金之前对所述Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源进行表面清理，表面清理的方法具体为用去离子水冲洗，烘干。将表面清理后的Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源熔融混合，该过程具体为：在保护气体的作用下，首先将Mg源加热熔融，得到Mg熔体，然后向Mg熔体中加入Zn源、Ca源、Sm源和Y源，搅拌均匀并静置，得到合金熔体。所述保护气体优选为CO2和SF6的混合气体，所述CO2和SF6的体积比优选为30～50:1；所述熔融的温度优选为730～800℃，更优选为740～760℃；所述静置的时间优选为10～30min。本专利技术优选在所述Zn源、Ca源、Sm源和Y源加入Mg熔体之前对Zn源、Ca源、Sm源和Y源进行预热，且当Ca源是钙单质时不需要对Ca源预热。所述预热的温度优选为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金，包括以下组分：大于0小于等于2wt％的Zn；大于0小于等于2wt％的Ca；大于0小于等于2wt％的Sm；大于0小于等于6wt％的Y；余量的Mg。

【技术特征摘要】
1.一种镁合金复合材料，包括：镁合金；所述镁合金包括以下组分：大于0小于等于2wt％的Zn；大于0小于等于2wt％的Ca；大于0小于等于2wt％的Sm；大于0小于等于6wt％的Y；余量的Mg；复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。2.根据权利要求1所述的镁合金复合材料，其特征在于，所述镁合金包括0.2～1wt％的Zn。3.根据权利要求1所述的镁合金复合材料，其特征在于，所述镁合金包括0.2～1wt％的Ca。4.根据权利要求1所述的镁合金复合材料，其特征在于，所述镁合金包括0.2～1wt％的Sm。5.根据权利要求1所述的镁合金复合材料，其特征在于，所述镁合金包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪杰，佟立波，文懋，邱鑫，张庆鑫，孟健，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22