一种高强耐蚀镁合金材料及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强耐蚀镁合金材料，其含有0.01‑1.2wt％的Ge元素以及0.01‑1.2wt％的Zn元素。本发明专利技术还公开了一种高强耐蚀镁合金材料，其化学元素质量百分配比为：Ge：0.01～1.2％；Zn：0.01～1.2％；Mn、Ca、Zr、Sr、Gd中的至少一种，其质量百分比总和≤3％，单种元素的质量百分比≤0.8％；余量为Mg以及其他不可避免的杂质元素。本发明专利技术还公开了一种上述高强耐蚀镁合金材料的制造方法，其包括步骤：熔炼，固溶热处理，挤压成材，其中在挤压成材步骤中，挤压温度为180‑350℃，挤压速率为0.1‑10mm/s，挤压比为10：1‑30：1。

A high strength and corrosion resistant magnesium alloy material and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐蚀镁合金材料及其制造方法
本专利技术涉及一种镁合金材料及其制造方法，尤其涉及一种高强耐蚀镁合金材料及其制造方法。
技术介绍
镁是地球上最丰富的元素之一，商业化纯镁可以达到99.8％的纯度。镁的密度较低，比铝轻35％，比钢轻78％。在如今轻量化的时代，镁及其合金成为越来越具有吸引力的工程材料。由于镁的化学性质不稳定性，纯镁不能满足绝大多数的工程应用场合。为了改善镁的综合性能，许多合金元素被尝试运用添加到镁中，用于制作生产镁合金产品。通过合金元素的添加，镁的机械性能得到显著提升。然而不同于机械性能的提升，合金元素通常导致了更快的镁合金腐蚀速率，其中主要原因是：首先，镁是化学性质非常活泼的金属，合金元素的添加通常导致了微观结构中二次相的产生，从而形成了微观的阴极，进而加速了镁合金基体的腐蚀。其次，镁元素自身支持阴极反应(析氢反应，HER)能力有限。在所有金属元素中，镁的相对于析氢反应交换电流密度是最低之一。因此当有更惰性的其他金属合金元素或者杂质(例如铜，镍，铁)存在的时候，镁合金的腐蚀速率会极大的加快。此外，不同于其他具有良好腐蚀性能的合金体系，例如一些铝合金和不锈钢体系，镁合金无法通过添加足量的合金元素从而通过形成致密的氧化膜来钝化金属。其根本原因在于许多合金元素在镁中固溶度有限。虽然有些元素(例如锂、钇)在镁中存在一些溶解度，但是这些元素的添加无法使镁合金表面形成更有防腐性能的惰性氧化膜，相反，其通常形成甚至更活泼的氧化膜。综上所述，合金元素的添加通常导致了镁腐蚀速率的增加。尽管合金元素能增强机械性能，但腐蚀方面带来的负面影响使镁合金的应用受限制。鉴于此，期望获得一种镁合金材料，其不仅具有较高的强度，还具有较强的耐腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高强耐蚀镁合金材料，其不仅具有较高的强度，还具有较强的耐腐蚀性能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强耐蚀镁合金材料，其含有0.01-1.2wt％的Ge元素以及0.01-1.2wt％的Zn元素。在本专利技术所述的技术方案中，添加Ge元素以及Zn元素的设计原理如下：Ge：锗单质是一种灰白色类金属，有光泽，质硬，属于碳族，化学性质与同族的锡与硅相近，不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液，溶于王水、浓硝酸或硫酸，具有两性，故溶于熔融的碱、过氧化碱、碱金属硝酸盐或碳酸盐，在空气中较稳定，在700℃以上与氧作用生成GeO2，在1000℃以上与氢作用。锗元素加入镁中，会形成柱状形貌的Mg2Ge金属间化合物相，这种第二相可以强化镁合金，并对镁合金的耐蚀性产生影响。因此，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，将Ge元素的质量百分比限定在0.01-1.2wt％。Zn：锌元素具有固溶强化和时效强化的双重作用。添加适量Zn能够形成多种Mg-Zn相，提高镁合金的强度和塑性，改善熔体流动性，提高铸造性能。但是若Zn的添加量过多，反而会大大降低Zn的合金流动性，并且使得镁合金产生显微缩松或热裂倾向。因此，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，将Zn元素的质量百分比限定在0.01-1.2wt％。进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，其显微组织包括α-Mg相和柱状的Mg2Ge金属间化合物相。更进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，其屈服强度高于260MPa，失重腐蚀小于0.8mg/cm2day。本专利技术的另一目的在于提供一种高强耐蚀镁合金材料，其不仅具有较高的强度，还具有较强的耐腐蚀性能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强耐蚀镁合金材料，其化学元素质量百分配比为：Ge：0.01～1.2％；Zn：0.01～1.2％；Mn、Ca、Zr、Sr、Gd中的至少一种，其质量百分比总和≤3％，单种元素的质量百分比≤0.8％；余量为Mg以及其他不可避免的杂质元素。本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料，除了含有上述的0.01-1.2wt％的Ge元素以及0.01-1.2wt％的Zn元素，还含有Mn、Ca、Zr、Sr、Gd中的至少一种，主要设计原理是，Mn、Ca、Zr、Sr、Gd均能够影响合金的显微组织晶粒尺寸和晶体织构强度和类型，提高镁合金变形材料的延展性和成型性。但当这些合金元素过量时，会形成大量的第二相，并粗化成大尺寸第二相，从而降低合金的塑性和强度，并且会引起微电池腐蚀加剧。此外，钙在镁中的溶解度小于1％，大量添加会脆化晶界，降低镁合金抗腐蚀能力。因此，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，限定Mn、Ca、Zr、Sr、Gd的质量百分比总和≤3％，单种元素的质量百分比≤0.8％。此外，需要说明的是，Ge元素以及Zn元素的设计原理如上文所述，此处不再赘述。进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，还包含Al、Cu、Si和Fe的至少其中之一，其质量百分比总和≤2％，单种元素的质量百分比≤0.5％。在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，还包含Al、Cu、Si和Fe的至少其中之一，其设计原理是Al、Cu、Si和Fe均能够提高镁合金板材的延展性和成型性。但当这些合金元素过量时，会形成大量的第二相，并粗化成大尺寸第二相，从而降低合金的塑性和强度，并且会引起微电池腐蚀加剧。因此，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，限定Al、Cu、Si和Fe的质量百分比总和≤2％，单种元素的质量百分比≤0.5％。进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，不可避免的杂质的总量低于100ppm。进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，其显微组织包括α-Mg相和柱状的Mg2Ge金属间化合物相。在本专利技术所述的技术方案中，高强耐蚀镁合金材料中的显微组织除了包括α-Mg相和柱状的Mg2Ge金属间化合物相以外，还可以包括其它添加的微量合金元素(例如Mn、Ca、Zr、Sr、Gd等)与镁元素形成的金属间化合物相。进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料中，其屈服强度高于260MPa，失重腐蚀小于0.8mg/cm2day。相应地，本专利技术的又一目的在于提供一种上述的高强耐蚀镁合金材料的制造方法，通过该制造方法制造的高强耐蚀镁合金材料，不仅具有较高的强度，还具有较强的耐腐蚀性能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强耐蚀镁合金材料的制造方法，其包括步骤：熔炼，固溶热处理，挤压成材，其中在挤压成材步骤中，挤压温度为180-350℃，挤压速率为0.1-10mm/s，挤压比为10：1-30：1。在本专利技术所述的制造方法中，在熔炼步骤中，在一些实施方式中，可以在SF6保护气氛中加热熔化原材料，熔化的镁合金液体注入预热模具冷却。本专利技术所述的制造方法使得制得的高强耐蚀镁合金材料的显微组织包括α-Mg相、Mg2Ge金属间化合物相以及其它添加的合金元素与镁元素形成的金属间化合物相。进一步地，在本专利技术所述的高强耐蚀镁合金材料的制造方法中，在固溶热处理步骤中，固溶热处理温度为350-450℃，时间为10-24h。与现有技术相比，本专利技术所述的高强耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强耐蚀镁合金材料，其特征在于，其含有0.01-1.2wt％的Ge元素以及0.01-1.2wt％的Zn元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强耐蚀镁合金材料，其特征在于，其含有0.01-1.2wt％的Ge元素以及0.01-1.2wt％的Zn元素。


2.如权利要求1所述的高强耐蚀镁合金材料，其特征在于，其显微组织包括α-Mg相和柱状的Mg2Ge金属间化合物相。


3.如权利要求1或2所述的高强耐蚀镁合金材料，其特征在于，其屈服强度高于260MPa，失重腐蚀小于0.8mg/cm2day。


4.一种高强耐蚀镁合金材料，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：
Ge：0.01～1.2％；
Zn：0.01～1.2％；
Mn、Ca、Zr、Sr、Gd中的至少一种，其质量百分比总和≤3％，单种元素的质量百分比≤0.8％；
余量为Mg以及其他不可避免的杂质元素。


5.如权利要求4所述的高强耐蚀镁合金材料，其特征在于，还包含Al、Cu、Si和Fe的至少其中之一，其质量百分比总和≤2％，单种元素的质量百分比≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世伟，曾卓然，唐伟能，刘瑞良，尼克·波比利斯，陈晓博，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31