一种耐腐蚀三元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三元镁合金及其制备方法，该镁合金包括以下质量百分比元素组分：Y 4‑18wt％，Al 0.6‑5wt％，余量为Mg。通过：(1)在保护气氛下，将Mg‑Y中间合金、铝锭和镁锭制备成镁合金熔体；(2)在保护气氛下，将镁合金熔体在搅拌后静置，然后精炼除气、除渣，再次静置后保温，得到镁合金液；(3)在保护气氛下，将镁合金液浇铸成型，形成铸锭；以上三个步骤最终得到耐腐蚀三元镁合金。与现有技术相比，本发明专利技术具有耐腐蚀性能好、力学性能高、对杂质铁元素的敏感程度低以及制备工艺简单等优点。

A corrosion resistant ternary magnesium alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀三元镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金
，尤其是涉及一种耐腐蚀三元镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金作为常用金属材料中最为轻质的金属，其低的密度，高的比强度比刚度，以及高导热和阻尼性能使得镁合金拥有极为广泛的应用前景。但从热力学上来说，镁的化学性质非常活泼，电极电位很低(～-2.38VNHE)，实际使用中易于发生电偶腐蚀且一般作为阳极，与此同时镁的PBR(Pilling-Bedworthratio)小于1，其氧化膜层为MgO或者Mg(OH)2，膜层不致密而不能阻止进一步的氧化从而不能起到保护作用，这就使得镁合金在服役条件下尤其是潮湿环境中的耐腐蚀性能较差。镁合金的耐蚀性已成为其工业应用的瓶颈，而目前缓解这一问题的主要途径有以下几种：阳极氧化处理、化学转化膜处理以及表面涂层处理，这几种方法都是使镁合金表面有一层较为致密的保护膜从而阻止腐蚀的深入，使用起来效果较好。但是这些方法都有两个较为严重的缺陷：第一、表面涂层厚度有限，膜层不能在被破坏后进行自修复，一旦膜层被破坏，镁合金本身并不耐蚀的话则很快出现腐蚀坑洞；第二、各种工艺除成本考虑之外，各种工艺产生的废液和膜层本身对环境和人类健康存在很大隐患，例如表面涂层技术中用的铬酸盐虽然防腐蚀效果较好，但是其中的铬离子毒性较强，使用严格受限。因此，提供一种合金化方式本征地改善镁合金耐腐蚀性能，同时生成具有保护性的氧化膜层至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耐腐蚀性能好、力学性能高、对杂质铁元素的敏感程度低的耐腐蚀三元镁合金及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种耐腐蚀三元镁合金，其特征在于，该镁合金包括以下质量百分比元素组分：Y4-18wt％，优选6-15wt％，Al0.6-5wt％，优选0.8-3wt％，余量为Mg。还包括一些不可避免的杂质元素，优选地，杂质元素Fe含量不超过0.1wt％，杂质元素Cu含量不超过0.02wt％，杂质元素Ni含量不超过0.003wt％。更优选地，杂质元素Fe含量不超过0.02wt％，Cu含量不超过0.01wt％，Ni含量不超过0.0005wt％。一种如上所述的耐腐蚀三元镁合金的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在保护气氛下，将Mg-Y中间合金、铝锭和镁锭制备成镁合金熔体；(2)在保护气氛下，将镁合金熔体在搅拌后静置，然后精炼除气、除渣，再次静置后保温，得到镁合金液；(3)在保护气氛下，将镁合金液浇铸成型，形成铸锭，最终得到耐腐蚀三元镁合金。进一步地，制备镁合金熔体的具体步骤为：在保护气氛下，将纯度不低于99.9wt％的镁锭进行熔化后，在高温下加入Mg-Y中间合金和铝锭，待Mg-Y中间合金和铝锭熔化后，得到镁合金熔体。进一步地，所述的保护气体为SF6和CO2混合气体，所述的加入Mg-Y中间合金和铝锭时的温度为660-700℃。Mg-Y中间合金、铝锭和镁锭的质量应按照中间Mg-Y中间合金成分的不同，配比出Y在4-18wt％，纯铝在0.6-5wt％，其余为纯镁的原料，加入所述的Mg-Y中间合金和铝锭时的温度为660-700℃。进一步地，所述的镁合金熔体在井式电阻坩埚炉中制备得到。进一步地，所述的搅拌后静置的温度为720-740℃，时间为20-60min；所述的精炼除气、除渣的温度为730-750℃；所述的保温的温度为720-740℃，时间为20-60min。进一步地，所述的铸锭经过固溶处理得到耐腐蚀三元镁合金。进一步地，所述的铸锭经过固溶处理，再经过时效处理，得到耐腐蚀三元镁合金。进一步地，所述的固溶处理温度为500-580℃，时间为4-48h，所述的时效处理温度为175-250℃，时间为1-240h。本专利技术在镁合金中添加了PBR值较大的Y和Al，氧化后得到Y2O3和Al2O3，可以显著增强氧化膜的致密性，克服MgO疏松多孔的缺陷，且Al2O3、Y2O3和MgO的相容性好，增强镁合金抗腐蚀的效果十分明显，使合金获得良好的耐腐蚀性能。同时，由于Mg-Y二元合金为共晶体系，其组织为200微米左右的粗大枝状晶，而少量的Al的添加会使得合金中形成Al2Y颗粒作为形核颗粒诱发晶粒细化，较高含Y量的合金晶粒尺寸在铸造态下即可降到30-40微米，其晶粒细化效果媲美晶粒细化剂Zr，晶粒的细化会使得合金拥有较为均匀的电势分布从而减弱合金的电偶腐蚀效应，从而提高其耐腐蚀性。如图1所示，合金中分布在晶界附近的LPSO(LongPeriodStackingOrdered)相在此时可以起到阴极保护效果使得表面膜层稳固存在，同时LPSO相的存在对合金的力学性能有很大贡献。本专利技术制备的耐腐蚀三元镁合金中的主要二次相为板条状的LPSO相和Al2Y颗粒，这两种相在各种热处理中较难发生变化，故而本合金可以通过各种热处理手段进行强化，在提高力学性能的同时不损失耐腐蚀性能。镁合金耐腐蚀中的一个非常重要的问题是不能有较多的铁熔入，这也就导致对镁的熔炼和加工工艺中必须使用特殊的模具，而不能用普通钢，或者专门增加一步除铁的工艺，这个工艺成本相当高。本专利技术涉及的镁合金对铁的含量要求较低，一般加工方式即可满足耐腐蚀性要求，成本大大降低。具体来说，本专利技术对Fe元素的除杂要求不高，一般镁合金的Fe的理论容限极限是180ppm(0.18wt％)，而本专利技术制备的耐腐蚀三元镁合金中Fe的含量可高于此值，极限情况下可高于500ppm(0.5wt％)，对工业生产来说不需要特殊的生产设备，普通的设备即可满足要求。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术在镁合金中添加了PBR值较大的Y和Al，氧化后得到Y2O3和Al2O3，可以显著增强氧化膜的致密性，克服MgO疏松多孔的缺陷，且Al2O3、Y2O3和MgO的相容性好，增强镁合金抗腐蚀的效果十分明显，使合金获得良好的耐腐蚀性能。在室温下、3.5wt％的NaCl水溶液中浸泡336h，其析氢速率可以小于0.1ml/cm-2·day-1，失重速率可以小于0.14mg/cm-2·day-1；(2)合金中分布在晶界附近的LPSO相起到阴极保护效果，使得表面膜层稳固存在，也对合金的力学性能有很大贡献，使本专利技术制备的耐腐蚀三元镁合金，抗拉强度可以大于200MPa，延伸率可以大于4％，具有较好的力学性能及稳定性；(3)本专利技术制备的耐腐蚀三元镁合金，对现有技术中影响巨大的Fe元素敏感度不高，在500ppm的Fe含量下依然可以保持很好的耐蚀性。在Fe含量较高的情况下，室温、3.5wt％的NaCl水溶液中浸泡336h，其析氢速率可以小于0.15ml/cm-2·day-1，失重速率可以小于0.2mg/cm-2·day-1，对腐蚀膜层的分析中发现，膜层中并没有铁大量富集形成腐蚀坑，形成的膜层保护作用良好。附图说明图1为实施例1和3制备的耐腐蚀三元镁合金的金相组织照片；图2为本专利技术制备的耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀三元镁合金，其特征在于，该镁合金包括以下质量百分比元素组分：Y 4-18wt％，Al 0.6-5wt％，余量为Mg。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀三元镁合金，其特征在于，该镁合金包括以下质量百分比元素组分：Y4-18wt％，Al0.6-5wt％，余量为Mg。


2.一种如权利要求1所述的耐腐蚀三元镁合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在保护气氛下，将Mg-Y中间合金、铝锭和镁锭制备成镁合金熔体；
(2)在保护气氛下，将镁合金熔体在搅拌后静置，然后精炼除气、除渣，再次静置后保温，得到镁合金液；
(3)在保护气氛下，将镁合金液浇铸成型，形成铸锭，最终得到耐腐蚀三元镁合金。


3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀三元镁合金的制备方法，其特征在于，制备镁合金熔体的具体步骤为：在保护气氛下，将镁锭进行熔化后，在高温下加入Mg-Y中间合金和铝锭，待Mg-Y中间合金和铝锭熔化后，得到镁合金熔体。


4.根据权利要求2或3所述的一种耐腐蚀三元镁合金的制备方法，其特征在于，所述的保护气体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬欣，曾小勤，朱庆春，应韬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31