耐蚀镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁合金，该镁合金包含2.0

【技术实现步骤摘要】
耐蚀镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镁合金
，特别涉及一种耐蚀镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金作为最轻的结构材料，具有极高的比强度和比刚度，在工业生产的轻量化中有着重要应用，例如，在3C产品、汽车以及船舶制造业，使用镁合金制造的3C产品、汽车或船舶的壳体不仅能提高产品服役寿命，还能实现轻量化的目标。传统的镁合金耐腐蚀性能较差，在正常使用时通常外表面会涂覆耐蚀涂层，例如油漆等。但是无论是3C产品、汽车还是船舶，在服役的过程中，其表面的耐蚀涂层不可避免地会受到损伤，一旦镁合金直接与电解质溶液接触，会在合金表面生成一层氧化膜，而镁的氧化物比较疏松，腐蚀介质会通过氧化镁之间的缝隙对镁合金进行持续的腐蚀，导致镁合金的推广应用受到巨大的阻碍。
[0003]现有技术中有通过微合金化来提升镁合金耐蚀性的方案。例如CN114540683A公开了一种微合金化的耐腐蚀低成本镁合金及其制备方法，通过在镁合金中添加Al、Mn、Zn以及RE等元素配合严格控制的高速挤压变形工艺，来控制镁合金中第二相的种类、尺寸、数量和分布，以提升镁合金的耐蚀性。这种通过微合金化调控微观结构来提升耐蚀性的方法对制备工艺要求较高，很难在生产过程中实现精确控制。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的第一方面，提供了一种镁合金，该镁合金包含2.0
‑
6.0wt％的稀土元素，0.1
‑
1.0wt％的成核元素，可选的1.0
‑
>2.0wt％的用于调控铸造性能的调控元素，以及可选的0.1
‑
0.5wt％的用于去除镁合金中杂质的净化元素，余量为Mg及不可避免的杂质；其中，成核元素的氢氧化物在常温下的溶度积常数Ksp≤1
×
10
‑
32
，并且小于稀土元素的氢氧化物的溶度积常数；以及稀土元素的氧化物的PBR值为1.0
‑
2.0。
[0005]镁合金在接触到电解质溶液后，作为合金组分的镁、稀土元素以及成核元素都会受到电解质溶液不同程度的腐蚀。由于其中成核元素的氢氧化物在常温下的溶度积很小，因此能迅速地在镁合金与电解质溶液接触的表面生成成核元素的氢氧化物，该成核元素的氢氧化物能够作为晶核，使致密的稀土元素氧化物在其表面包覆，以对腐蚀产生的氧化镁之间的缝隙进行有效填补，使镁合金表面形成致密的氧化膜，阻挡电解质溶液对镁合金的进一步腐蚀，以提升镁合金的耐腐蚀性。此外，稀土元素的氧化物的PBR值为1.0
‑
2.0，可使腐蚀后镁合金表面形成致密的氧化膜。
[0006]优选地，上述镁合金中，稀土元素的含量为3.0
‑
5.0wt％。
[0007]优选地，上述镁合金中，成核元素的含量为0.3
‑
0.8wt％。
[0008]优选地，上述镁合金还含有1.0
‑
2.0wt％的调控元素。
[0009]优选地，上述镁合金还含有0.1
‑
0.5wt％的净化元素。
[0010]优选地，上述镁合金的化学组成满足下述条件中的一个以上：
[0011]稀土元素为选自La、Nd、Gd、Y中的一种以上，优选为La和/或Nd；
[0012]成核元素为选自Al、Ce、Zr、Sc中的一种以上，优选为Al和/或Ce；
[0013]调控元素为Zn；
[0014]净化元素为Mn。
[0015]优选地，本专利技术的镁合金中杂质元素的含量为：Fe≤0.05wt％，Cu≤0.03wt％，Ni≤0.01wt％。
[0016]Fe、Ni、Cu等杂质元素容易在晶界偏聚，形成分布于基体中的、具有活跃阴极特性的杂质元素相，例如Al3Fe相，这些杂质元素相会促进镁合金表面微电池的形成，引起电偶腐蚀。因此，本专利技术通过控制Fe、Ni、Cu等杂质元素在镁合金中的含量在尽量低的范围，能够提高镁合金的耐蚀性。
[0017]优选地，本专利技术的镁合金的微观组织包括镁合金基体和分散在所述镁合金基体内的第二相，更优选地，镁合金中第二相的体积分数为5
‑
15％，和/或，第二相的尺寸为10
‑
30微米。
[0018]镁合金中的第二相通过稀土元素、成核元素和可选的调控元素形成，其可进一步改善镁合金的力学性能和耐蚀性能。第二相的体积分数和尺寸可通过调节镁合金中各组成元素的含量来控制。在本专利技术的镁合金中，第二相的体积分数为5
‑
15％，优选为5
‑
10％；第二相的尺寸为10
‑
30微米，优选为10
‑
20微米，更优选为15
‑
20微米。
[0019]本专利技术人发现，通过将上述体积分数的细小的第二相弥散分布在镁合金基体中，可以使合金的腐蚀失效模式由点蚀转变为均匀腐蚀，从而有助于提升镁合金的力学性能和耐蚀性。相反，粗大的第二相则容易引起电偶腐蚀。
[0020]优选地，本专利技术镁合金的屈服强度在90MPa以上，优选为100MPa以上，抗拉强度在150MPa以上，优选为160MPa以上，延伸率为3
‑
10％。本专利技术的耐蚀镁合金能够满足作为3C产品、汽车和船舶等的外壳使用的标准。
[0021]优选地，将本专利技术的镁合金置于质量分数为3.5％的NaCl溶液中24hr.后，耐蚀镁合金表面生成氧化膜，该氧化膜的平均厚度在15微米以下，优选为5
‑
15微米，更优选为10
‑
15微米；和/或，本专利技术的镁合金根据ASTM
‑
G31
‑
72测得的腐蚀速度在0.5mm/year以下，优选为0.3mm/year以下。
[0022]本专利技术的镁合金即使暴露在电解质溶液中更长时间，其表面生成的氧化膜的厚度也基本不随时间变化，能持续保持在15微米以下。氧化膜太薄无法提供足够的保护作用，太厚则容易应力开裂。本专利技术的镁合金表面生成的氧化膜厚度的最大值和最小值的差在10微米以内，优选为在5微米以内，显示出良好的均匀性。
[0023]本专利技术的镁合金优选可以满足根据ASTM
‑
G31
‑
72测得的腐蚀速度在0.5mm/year以下，表现出优异的耐蚀性。
[0024]本专利技术的第二方面，提供了一种制备上述镁合金的方法，该方法包括依次进行的熔炼和浇铸步骤。
[0025]具体地，熔炼步骤依次按如下进行：
[0026]第一阶段，将纯镁熔化后在690
‑
700℃加入成核元素，熔化后搅拌均匀，将熔液静置10
‑
20分钟；
[0027]第二阶段：将第一阶段中获得的熔液升温至720
‑
730℃后，加入稀土元素，熔化后
搅拌均匀，将熔液静置10
‑
30分钟；
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金，其特征在于，所述镁合金包含2.0
‑
6.0wt％的稀土元素，0.1
‑
1.0wt％的成核元素，可选的1.0
‑
2.0wt％的用于调控铸造性能的调控元素，以及可选的0.1
‑
0.5wt％的用于去除镁合金中杂质的净化元素，余量为Mg及不可避免的杂质；所述成核元素的氢氧化物在常温下的溶度积常数Ksp≤1
×
10
‑
32
，并且小于稀土元素的氢氧化物的溶度积常数；以及所述稀土元素的氧化物的PBR值为1.0
‑
2.0。2.如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的化学组成满足下述条件中的一个以上：所述稀土元素为选自La、Nd、Gd、Y中的一种以上，优选为La和/或Nd；所述成核元素为选自Al、Ce、Zr、Sc中的一种以上，优选为Al和/或Ce；所述调控元素为Zn；所述净化元素为Mn。3.如权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的杂质中Fe≤0.05wt％，Cu≤0.03wt％，Ni≤0.01wt％。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的微观组织包括镁合金基体和分散在所述镁合金基体内的第二相，所述第二相通过稀土元素、成核元素和可选的调控元素形成，优选地，所述第二相的体积分数为5
‑
15％；和/或所述第二相的尺寸为10
‑
30微米。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的屈服强度在90MPa以上，抗拉强度在150MPa以上，延伸率...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小勤，陈毓洋，应韬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：