【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料领域，特别是涉及一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金及其制备方法。
技术介绍
1、镁合金作为最具发展潜力的轻质金属结构材料之一，具有密度低、比强度高、电磁屏蔽性好等优点，因而在汽车、3c产品、航空航天等领域具有广泛应用前景。然而，镁合金耐蚀性差制约了材料的工业化应用，这主要来源于两方面原因：首先，镁的化学性质十分活泼，其标准电极电位为-2.37v，是所有金属结构材料中最低的，这导致镁合金中常见的第二相电位一般都远高于镁基体，从而发生强烈的微电偶腐蚀使得镁基体降解。此外，由于传统镁合金腐蚀过程中表面生成的氧化膜疏松多孔，稳定性较差，一般起不到有效的保护作用，同时氢气的析出过程还会破坏氧化膜的致密性。
2、另一方面，镁合金的霍尔佩奇系数较大，晶粒尺寸变化对于力学性能的影响很明显，例如热处理时将使得晶粒过大，降低合金的力学性能。现有技术中，提升第二相体积分数固然能够提升合金的热稳定性，但这也伴随着更严重的微电偶腐蚀，即较难同时实现镁合金的高耐蚀性和高热稳定性。因此如何有效降低生产成本，实现合金耐腐蚀性能与热稳定性同步提高是目前亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术难题，本专利技术提供了一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，按质量百分比计，合金的组成为：铝：0.8-1.5％，钙：0.2-0.5％，锰：0.4-0.8％，添加元素、不可避免的杂质和余量为镁；所述的添加元素为稀土元素，稀土元素质量百分比为：0.5-1.0％，所述的稀土元素为钆、
2、(1)在体积比为9：1～19：1的二氧化碳和六氟化硫混合气体保护下，将纯镁在660-720℃加热熔化；再加入纯铝，镁-锰中间合金和镁-钙中间合金，在675-715℃加热10-20分钟后加入镁-钆、镁-钇中间合金中的一种或两者组合，在670-710℃下静置保温10-20分钟后，再经过搅拌均匀、氩气精炼和撇渣后，获得镁合金熔液；
3、(2)将步骤(1)获得的镁合金熔液通过手工铸造方式在水冷铜模具中浇注成铸锭；
4、(3)将步骤(2)获得的铸锭在氩气保护下进行阶梯式均质化热处理，随后进行室温下的水淬，获得均质态合金；
5、(4)将步骤(3)获得的均质态合金进行多道次多向轧制成型以及再结晶退火处理后，获得高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金；所述的镁合金腐蚀速率＜0.35mg·cm-2·d-1；再经过高温处理后，镁合金晶粒尺寸＜7.5μm。
6、进一步地，所述的铝：0.85-1.4％，钙：0.3-0.45％，锰：0.45-0.75％。
7、进一步地，所述的稀土元素质量百分比为：0.52-0.95％。
8、进一步地，步骤(3)所述的阶梯式均质化热处理分两步阶梯式均质化热处理或三步阶梯式均质化热处理，其中两步阶梯式均质化热处理为：在400-450℃保温2-6小时，再在480-520℃保温1-6小时；三步阶梯式均质化热处理为：在300-350℃保温2-7小时，在400-450℃保温2-6小时，再在480-520℃保温1-6小时。
9、进一步地，步骤(4)所述的多道次多向轧制成型为：轧辊温度为80-120℃，轧辊转速为10-17转每分钟，轧制道次为2-12道次，合金每道次轧制方向需与上一道次轧制方向成30-180°，同时合金每一道次轧制前需要在300-400℃保温10-20分钟，多道次多向轧制的总压下量为72％-78％。
10、进一步地，所述的再结晶退火处理为：退火温度为350-400℃，退火时间为5-20分钟。
11、进一步地，步骤(4)获得的镁合金腐蚀速率0.17-0.33mg·cm-2·d-1；再经过高温处理后，镁合金晶粒尺寸5.3-7.3μm。
12、本专利技术与目前现有技术相比具有以下特点：
13、1)现有技术中，为了获得高耐蚀高热稳定性的镁合金，常需要添加大量的合金元素，尤其是昂贵的稀土元素，极大地提高了原料成本，也提升了合金密度。与现有技术相比，本专利技术的合金元素添加量较低，基体镁含量≥96.2wt.％，合金元素总含量≤3.8wt.％，实现了低合金化，节约生产成本的同时，获得的合金具有轻量化特性。
14、2)现有镁合金在加工过程中，如果压下量越大，将使得合金开裂，而本专利技术在大压下量的情况下，使得合金不发生开裂。
15、3)本专利技术所添加的元素在镁基体中的饱和固溶度较高，形成了大量的高密度纳米级析出相，这些纳米相能够有效地钉扎住晶界迁移，避免了晶粒异常长大，同时对膜层结构起到原位钉扎作用，增强了膜层的钝化能力，提升了膜层的致密性，实现了组织均匀化和晶粒细化，同步提升了合金的高温组织热稳定性和耐腐蚀性。
16、本专利技术通过组分配比、工艺和参数的协同作用，在减少合金添加量的情况下，获得的合金耐腐蚀性、热稳定性以及力学性能均高于现有技术获得的合金；此外现有技术报道的镁合金在经过高温热处理后，将导致合金的晶粒尺寸长大，而本专利技术即使在采用比现有技术更高的处理温度下，对合金的晶粒尺寸不会产生显著影响，仍能保持较小的晶粒尺寸，并且比现有技术公开的合金晶粒更加细小，因此实现了合金的耐腐蚀性、热稳定性和高力学性能的同步提高。本专利技术获得的合金腐蚀速率＜0.35mg·cm-2·d-1；再经过高温处理后，晶粒尺寸仍能＜7.5μm(该晶粒尺寸小于现有技术未经高温处理的合金晶粒尺寸)。
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1.一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：按质量百分比计，合金的组成为：铝：0.8-1.5％，钙：0.2-0.5％，锰：0.4-0.8％，添加元素、不可避免的杂质和余量为镁；所述的添加元素为稀土元素，稀土元素质量百分比为：0.5-1.0％，所述的稀土元素为钆、钇中的一种或两者组合；不可避免的杂质总和≤0.05％；它的制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：按质量百分比计所述的铝：0.85-1.4％，钙：0.3-0.45％，锰：0.45-0.75％。
3.根据权利要求1所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：按质量百分比计，所述的稀土元素质量百分比为：0.52-0.95％。
4.根据权利要求1-3任意所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：步骤(3)所述的阶梯式均质化热处理分两步阶梯式均质化热处理或三步阶梯式均质化热处理，其中两步阶梯式均质化热处理为：在400-450℃保温2-6小时，再在480-520℃保温1-6小时；三步阶梯式均质化热处理为：
5.根据权利要求1-3任意所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：步骤(4)所述的多道次多向轧制成型为：轧辊温度为80-120℃，轧辊转速为10-17转每分钟，轧制道次为2-12道次，合金每道次轧制方向需与上一道次轧制方向成30-180°，同时合金每一道次轧制前需要在300-400℃保温10-20分钟，多道次多向轧制的总压下量为72％-78％。
6.根据权利要求1-3任意所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：步骤(4)所述的再结晶退火处理为：退火温度为350-400℃，退火时间为5-20分钟。
7.根据权利要求1-3任意所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：步骤(4)获得的镁合金腐蚀速率0.17-0.33mg·cm-2·d-1；再经过高温处理后，镁合金晶粒尺寸5.3-7.3μm。
...【技术特征摘要】
1.一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：按质量百分比计，合金的组成为：铝：0.8-1.5％，钙：0.2-0.5％，锰：0.4-0.8％，添加元素、不可避免的杂质和余量为镁；所述的添加元素为稀土元素，稀土元素质量百分比为：0.5-1.0％，所述的稀土元素为钆、钇中的一种或两者组合；不可避免的杂质总和≤0.05％；它的制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：按质量百分比计所述的铝：0.85-1.4％，钙：0.3-0.45％，锰：0.45-0.75％。
3.根据权利要求1所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：按质量百分比计，所述的稀土元素质量百分比为：0.52-0.95％。
4.根据权利要求1-3任意所述的一种高耐蚀高热稳定性的低合金化镁合金，其特征在于：步骤(3)所述的阶梯式均质化热处理分两步阶梯式均质化热处理或三步阶梯式均质化热处理，其中两步阶梯式均质化热处理为：在400-450℃保温2-6小时，再在4...
【专利技术属性】
技术研发人员：王珵，刘识，王慧远，管凯，张凯，徐进，杨治政，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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