CN102676896A - 一种耐腐蚀镁合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀镁合金材料及其制备方法，合金材料中各组分质量百分数如下：Nd：0.5～3.5wt％，Y：0.2～1.2wt％，Sn：1.5～3.5wt％，Sb：1.2～3.0wt％；杂质元素：Al≤0.02wt％，Mn≤0.05wt％，Fe≤0.005wt％，Si≤0.05wt％，Cu≤0.001wt％，Ni≤0.001wt％，其它杂质元素含量≤0.05wt％，其余为Mg。其制备方法是：在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热至720℃±10℃，保温直至熔化，在加热至400℃以上后通入1.0～2.0L/min的工业普通氩气进行保护，熔化后保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保温10～15分钟后进行浇铸，金属型铸造后进行100℃～150℃之间，时间为10～20分钟的去应力退火处理。其优点是：耐腐蚀性能高，经5％NaCl，温度为(25±1)℃，腐蚀时间为72h的盐雾实验，镁合金腐蚀率＜0.1mg.cm^-2.h^-1。

Description

一种耐腐蚀镁合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀镁合金材料及其制备方法，属于有色金属合金及其制备技术领域。

背景技术

镁合金材料是目前工程应用中质量最轻的金属材料，具有比重小，比强度高，比刚度高，导电、导热性能好，减震性好，电磁屏蔽好，易切削加工，易于回收等多种优点，广泛应用在航空、航天、汽车、船舶、电子信息产品中，成为21世纪最有应用前景的金属材料。目前应用最为广泛的有铸造行业应用的AZ91D镁合金，在型材、板材中应用的变形镁合金AZ31、AZ61、AZ80、ZK60等。然而现有的镁合金材料的耐腐蚀性能较差，这严重制约了镁合金材料的应用和推广。目前国内外广泛开展了提高镁合金耐腐蚀性能的研究工作，欧美日等国家开展的耐腐蚀镁合金材料研究处于较领先的地位，研制出的新型镁合金材料具有较好的耐腐蚀性能，其中以添加铍、钙、稀土元素来提高镁合金的耐腐蚀性能为主，添加稀土元素可以细化镁合金晶粒，形成富含稀土的第二相，提高镁合金的耐腐蚀性能；添加钙和铍能够获得一定的高温耐腐蚀性能，目前已经研制出了一些镁合金材料，并应用于工业化生产中。然而由于铍的毒性、钙的价格因素，限制了这种镁合金材料的进一步应用。国内目前已经有部分高校、研究所和企业开展了相关方面的研究工作，已经取得了一些初步进展，但大多围绕铍、钙、稀土元素进行研究，虽然添加这些元素能起到一定的防腐蚀作用，但是由于这些元素的在地球中的含量较少、成本较高或具有毒性，限制了其应用领域和范围。综合这些因素，导致了这些材料仍然处于小批量生产阶段，难以大批量的生产，耐腐蚀镁合金还有待于进一步开发。

发明内容

本发明的目的是为了降低制造耐腐镁合金的成本，避免有毒有害添加元素的使用和高成本添加元素的使用，以比较低的成本较大幅度的提高镁合金的耐腐蚀性能，提供一种耐腐蚀镁合金材料及其制备方法。

一种耐腐蚀镁合金材料的成分如下：

镁合金中各元素及杂质含量：Nd：0.5～3.5wt％，Y：0.2～1.2wt％，Sn：1.5～3.5wt％，Sb：1.2～3.0wt％；杂质元素：Al≤0.02wt％，Mn≤0.05wt％，Fe≤0.005wt％，Si≤0.05wt％，Cu≤0.001wt％，Ni≤0.001wt％，其它杂质元素含量≤0.05wt％，其余为Mg。

本发明的制备耐腐蚀镁合金材料的原材料采用：

纯镁、纯锡、纯锑、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金，纯镁、纯锡、纯锑及稀土合金中杂质元素的含量在符合国家标准的基础上还应符合：Al≤0.003wt％，Mn≤0.008wt％，Fe≤0.0008wt％，Si≤0.006wt％，Cu≤0.0001wt％，Ni≤0.0001wt％。

本发明的制备方法是：

(1)准备：按镁合金材料的成分配比准备纯镁、纯锡、纯锑、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金，其中纯Mg的烧损量按5wt％计算，纯锡、纯锑的烧损量分别按3wt％计算，Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金的烧损量分别按15wt％计算；

(2)中间合金的加入：在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热，在加热至400℃以上时通入1.0～2.0L/min的氩气进行保护，加热至720℃±10℃，保温15～30分钟使材料完全熔化，熔化后保持熔液温度720℃±10℃，保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保持熔液温度720℃±10℃，保温10～15分钟后进行浇铸；

(3)浇铸温度控制在680℃～700℃之间，浇铸时间控制在稀土中间合金加入后的20分钟以内；

(4)采用金属型铸造方法铸造锭坯；

(5)去应力退火工艺为：电阻炉加热，通入1.0～2.0L/min的工业普通氩气进行保护，加热温度在100℃～150℃之间，加热时间为10～20分钟。

发明效果

本发明的一种耐腐蚀镁合金材料及其制备方法，特点之一是原材料来源广泛，采用国内大量生产和销售的纯镁、纯锡、纯锑及镁稀土中间合金材料；特点之二是通过Sn、Sb、Nd、Y的合金化科学配方设计，以较低成本较大幅度的提高镁合金的耐腐蚀性能，具有较高的价格、性能比。经5％NaCl盐雾实验，镁合金腐蚀率＜0.1mg.cm^-2.h^-1。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

(一)合金成分的控制

镁合金中各元素及杂质含量：Nd：0.5～3.5wt％，Y：0.2～1.2wt％，Sn：1.5～3.5wt％，Sb：1.2～3.0wt％；杂质元素：Al≤0.02wt％，Mn≤0.05wt％，Fe≤0.005wt％，Si≤0.05wt％，Cu≤0.001wt％，Ni≤0.001wt％，其它杂质元素含量≤0.05wt％，其余为Mg。

(二)材料制造工艺

(1)准备：按镁合金材料的成分配比准备纯镁、纯锡、纯锑、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金，其中纯Mg的烧损量按5wt％计算，纯锡、纯锑的烧损量分别按3wt％计算，Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金的烧损量分别按15wt％计算。

(2)中间合金的加入：在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热，在加热至400℃以上时通入1.0～2.0L/min的氩气进行保护，加热至720℃±10℃，保温15～30分钟使材料完全熔化，熔化后保持熔液温度720℃±10℃，保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保持熔液温度720℃±10℃，保温10～15分钟后进行浇铸。

(3)浇铸温度：控制在680℃～700℃之间，浇铸时间在稀土中间合金的加入后20分钟以内。

(4)采用金属型铸造方法铸造锭坯。

(5)去应力退火工艺为：100℃～150℃之间，时间为10～20分钟，电阻炉加热通入1.0～2.0L/min的工业普通氩气进行保护。经5％NaCl盐雾实验，镁合金腐蚀率＜0.1mg.cm^-2.h^-1。

实施例1

分别购置杂质含量在要求范围内的纯Mg、纯Sn、纯Sb、MgY10中间合金、MgNd10中间合金，按照中间合金元素的含量配置成分，如表1所示。

表1配料重量及元素含量

	Sn/g	Sn/wt％	Sb/g	Sb/wt％	MgY10/g	Y/wt％	MgNd10/g	Nd/wt％	Mg/g	Mg/wt％
											1#	150	1.5	120	1.2	400	0.4	3000	3	6330	63.3

其工艺为在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热，在加热至402℃时通入1.5L/min的氩气进行保护，加热至720℃，保温20分钟使材料完全熔化，熔化后保持熔液温度720℃保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保持熔液温度720℃，保温12分钟后进行浇铸。去应力退火工艺为：130℃，时间为12分钟，电阻炉加热，1.5L/min的工业普通氩气保护。

将铸造的材料进行成分检测，与表1进行对比发现，各合金元素都在成分范围内，如表2所示。

表2实际各元素含量

耐腐蚀试验为盐雾实验，其过程为：

试样采用线切割从铸锭上切取尺寸为50mm×20mm×10mm的腐蚀试样，实验前经120#到1200#金相砂纸逐级打磨处理，然后用丙酮清洗表面油污，吹干置于干燥皿备用，使用电子天平称量试样原始重量。选用5％NaCl溶液作为腐蚀介质，溶液pH值为6.5～7.2，试验温度为(25±1)℃，腐蚀时间为72h，连续喷雾。将3组试样同时放入盐雾实验内进行腐蚀，腐蚀完成用蒸馏水漂洗试样，之后烘干用电子天平称重。腐蚀速率按失重法计算。

减重实验结果如下。

实施例2

分别购置杂质含量在要求范围内的纯Mg、纯Sn、纯Sb、MgY10中间合金、MgNd10中间合金，按照中间合金元素的含量配置成分，如表3所示。

表3配料重量及元素含量

	Sn/g	Sn/wt％	Sb/g	Sb/wt％	MgY10/g	Y/wt％	MgNd10/g	Nd/wt％	Mg/g	Mg/wt％
											2#	200	2.0	300	3.0	800	0.8	2500	2.5	6200	62

其工艺为：在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热，在加热至405℃时通入1.6L/min的氩气进行保护，加热至715℃，保温25分钟使材料完全熔化，熔化后保持熔液温度715℃保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保持熔液温度715℃，保温13分钟后进行浇铸。去应力退火工艺为：140℃，时间为11分钟，电阻炉加热，1.4L/min的工业普通氩气保护。

将铸造的材料进行成分检测，与表3进行对比发现，各合金元素都在成分范围内，如表4所示。

表4实际各元素含量

耐腐蚀试验为盐雾实验，其过程为：

试样采用线切割从铸锭上切取尺寸为50mm×20mm×10mm的腐蚀试样，实验前经120#到1200#金相砂纸逐级打磨处理，然后用丙酮清洗表面油污，吹干置于干燥皿备用，使用电子天平称量试样原始重量。选用5％NaCl溶液作为腐蚀介质，溶液pH值为6.5～7.2，试验温度为(25±1)℃，腐蚀时间为72h，连续喷雾。将3组试样同时放入盐雾实验内进行腐蚀，腐蚀完成用蒸馏水漂洗试样，之后烘干用电子天平称重。腐蚀速率按失重法计算。

减重实验结果如下。

实施例3

分别购置杂质含量在要求范围内的纯Mg、纯Sn、纯Sb、MgY10中间合金、MgNd10中间合金，按照中间合金元素的含量配置成分，如表5所示。

表5配料重量及元素含量

	Sn/g	Sn/wt％	Sb/g	Sb/wt％	MgY10/g	Y/wt％	MgNd10/g	Nd/wt％	Mg/g	Mg/wt％
											3#	350	3.5	200	2.0	1200	1.2	800	0.8	7450	74.5

其工艺为：在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热，在加热至406℃时通入1.8L/min的氩气进行保护，加热至710℃，保温22分钟使材料完全熔化，熔化后保持熔液温度710℃保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保持熔液温度710℃，保温14分钟后进行浇铸。去应力退火工艺为：110℃，时间为15分钟，电阻炉加热，1.3L/min的工业普通氩气保护。

将铸造的材料进行成分检测，与表5进行对比发现，各合金元素都在成分范围内，如表6所示。

表6实际各元素含量

耐腐蚀试验为盐雾实验，其过程为：

试样采用线切割从铸锭上切取尺寸为50mm×20mm×10mm的腐蚀试样，实验前经120#到1200#金相砂纸逐级打磨处理，然后用丙酮清洗表面油污，吹干置于干燥皿备用，使用电子天平称量试样原始重量。选用5％NaCl溶液作为腐蚀介质，溶液pH值为6.5～7.2，试验温度为(25±1)℃，腐蚀时间为72h，连续喷雾。将3组试样同时放入盐雾实验内进行腐蚀，腐蚀完成用蒸馏水漂洗试样，之后烘干用电子天平称重。腐蚀速率按失重法计算。

减重实验结果如下。

Claims (3)

1.一种耐腐蚀镁合金材料，其特征是：合金材料各组分质量百分数如下：Nd：0.5～3.5wt％，Y：0.2～1.2wt％，Sn：1.5～3.5wt％，Sb：1.2～3.0wt％；杂质元素：Al≤0.02wt％，Mn≤0.05wt％，Fe≤0.005wt％，Si≤0.05wt％，Cu≤0.001wt％，Ni≤0.001wt％，其它杂质元素含量≤0.05wt％，其余为Mg。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀镁合金材料，其特征是：制备耐腐蚀镁合金材料的原材料采用：纯镁、纯锡、纯锑、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金，纯镁、纯锡、纯锑及稀土合金中杂质元素的含量符合：Al≤0.003wt％，Mn≤0.008wt％，Fe≤0.0008wt％，Si≤0.006wt％，Cu≤0.0001wt％，Ni≤0.0001wt％。

3.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀镁合金材料的制备方法，其特征是：

(1)准备：按镁合金材料的成分配比准备纯镁、纯锡、纯锑、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金，其中纯Mg的烧损量按5wt％计算，纯锡、纯锑的烧损量分别按3wt％计算，Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金的烧损量分别按15wt％计算；

(2)中间合金的加入：在工业用工频感应熔化炉中先将纯镁、纯Sn、纯Sb加热，在加热至400℃以上时通入1.0～2.0L/min的氩气进行保护，加热至720℃±10℃，保温15～30分钟使材料完全熔化，熔化后保持熔液温度720℃±10℃，保温20min，依次加入Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金，熔化后保持熔液温度720℃±10℃，保温10～15分钟后进行浇铸；

(3)浇铸温度控制在680℃～700℃之间，浇铸时间控制在稀土中间合金加入后的20分钟以内；

(4)采用金属型铸造方法铸造锭坯；

(5)去应力退火工艺为：电阻炉加热，通入1.0～2.0L/min的工业普通氩气进行保护，加热温度在100℃～150℃之间，加热时间为10～20分钟。