本發(fā)明屬于鎂合金
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是涉及一種高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鎂合金是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。但目前大多數(shù)鎂合金的絕對強(qiáng)度仍然較低，這就限制了鎂合金在許多受力結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。其次，鎂合金是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其室溫塑性變形能力較差，限制了變形鎂合金板帶、管材、型材、鍛件等的生產(chǎn)和應(yīng)用。特別是鎂合金的耐腐性能差，在潮濕的環(huán)境下很容易腐蝕，這就使鎂合金對使用環(huán)境要求較高，這是限制鎂合金普遍應(yīng)用的主要原因之一。鎂合金耐腐蝕性能差的原因，主要是鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低，鎂是目前常用金屬結(jié)構(gòu)材料中最低的，當(dāng)它與其他金屬材料接觸時容易形成腐蝕電偶，鎂呈現(xiàn)犧牲陽極作用而加速腐蝕溶解，另外，鎂合金的電偶腐蝕的陰極還可以是鎂合金內(nèi)部的第二相或雜質(zhì)。另外，鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，在潮濕的環(huán)境中，鎂合金容易與水分子發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鎂膜，但這種氧化鎂膜比較脆，特別是這種氧化鎂膜的致密度差，不能對鎂合金基體形成有效的保護(hù)作用。因此，積極探索增強(qiáng)鎂合金耐腐蝕性能的途徑，開發(fā)耐腐蝕的鎂合金對于推動鎂合金的應(yīng)用具有十分重要的意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金，其特點(diǎn)是由以下成分及質(zhì)量百分比組成：Zn3.5～6.5%，Mn0.3～0.9%，Al0.1～0.5%，Zr0.005～0.025%，C0.001～0.005%，Re0.1～0.3%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%。優(yōu)選的，本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：第一步：選用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和純度大于或等于99.9%的鎂錠、鋅錠為原材料；第二步：在氣體保護(hù)和700～760℃條件下加熱熔化鎂錠，然后加入占原材料總重量為3.5～6.5%的鋅錠和1.5～4.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：對鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1～0.5%的Al-5Zr-1C合金和0.1～0.3%的混合稀土Re，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：將鎂合金液依次流過石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為60～120轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為30～60KPa的除氣箱和孔隙度為30～60ppi的陶瓷過濾板進(jìn)行在線除氣和過濾處理；第五步：在680～740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)度大于220MPa，伸長率大于10%，腐蝕速率小于3.24×10-3mg·cm-2·h-1，具有強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，適合于鑄造、軋制、擠壓、鍛造成鑄件、板帶、管材、型材和鍛件，用于電子電器、汽車、船舶、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：Zn3.5～6.5%，Mn0.3～0.9%，Al0.1～0.5%，Zr0.005～0.025%，C0.001～0.005%，Re0.1～0.3%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%。優(yōu)選的，所述高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。其中，Zn是本發(fā)明所述高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的主要合金元素，Zn在鎂合金中具有固溶強(qiáng)化作用，還可與Mg形成MgZn強(qiáng)化相，提高鎂合金的強(qiáng)度。Zn含量越高，MgZn相的數(shù)量也越多，鎂合金的強(qiáng)度也越高，鑄造性能越好。但Zn含量太高，也會導(dǎo)致鎂合金的塑形下降。為確保鎂合金獲得足夠的強(qiáng)度和塑性，因此，Zn含量選擇在3.5～6.5%，優(yōu)選的，Zn含量為4.5%。Mn在本發(fā)明鎂合金中可形成MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)，能阻止鎂合金的再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒，提高鎂合金的強(qiáng)度和焊接性能。Mn在鎂合金中還能溶解雜質(zhì)Fe，形成（Fe、Mn）Al6，減小鐵的有害影響，提高鎂合金的抗腐蝕性能。但Mn含量太高也容易引起元素偏析，因此，選擇添加0.3～0.9%的Mn，優(yōu)選的，Mn含量為0.6%。Al、Zr、C是以Al-5Zr-1C合金形式加入到鎂合金中。Al-5Zr-1C合金是一種新型的鎂合金晶粒細(xì)化劑，是由氟鋯酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應(yīng)得到，內(nèi)部含有大量的ZrC粒子。ZrC粒子都具有熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，特別是ZrC粒子與鎂同為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，并且晶格常數(shù)相近，晶格常數(shù)錯配度非常低，是鎂晶粒的優(yōu)良非均質(zhì)形核核心，可細(xì)化鎂合金晶粒。發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)研究表明，添加0.1～0.5%的Al-5Zr-1C合金，鎂合金中含有0.005～0.025%的Zr，0.001～0.005%的C，可顯著細(xì)化鎂合金的晶粒，提高鎂合金的強(qiáng)度和塑性。優(yōu)選的，Al-5Zr-1C合金添加為0.3%，鎂合金中含有0.015的Zr，0.003%的C。Re是含Pm、Eu兩種輕稀土元素和Tb、Tm、Yb、Lu四種重稀土元素的混合稀土，稀土元素的物理化學(xué)性質(zhì)活潑，能與鎂合金液中的氫、氧、鐵、硅、銅等雜質(zhì)元素反應(yīng)生成高熔點(diǎn)、高穩(wěn)定性的稀土化合物，對鎂合金液有深度凈化作用，提高鎂合金的純凈度，消除雜質(zhì)元素對耐腐蝕性的有害影響。同時稀土元素還可以提高鎂合金的電極電位，提高鎂合金的抗晶間腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕能力。另外，混合稀土元素在鎂合金表面還可形成致密的復(fù)合稀土氧化膜，對鎂合金基體形成有效和穩(wěn)定的保護(hù)作用，提高鎂合金的抗腐蝕能力。發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)研究表明，添加含Pm、Eu兩種輕稀土元素和Tb、Tm、Yb、Lu四種重稀土元素的混合稀土對于提高鎂合金的耐腐蝕性能比添加一種或少數(shù)幾種稀土元素的效果都更好，因此，選擇添加0.1～0.3%的混合稀土Re，優(yōu)選的，混合稀土Re添加量為0.2%。本發(fā)明還提供了所述高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的制備方法，具體包括以下步驟：第一步：選用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和純度大于或等于99.9%的鎂錠、鋅錠為原材料；第二步：在氣體保護(hù)和700～760℃條件下加熱熔化鎂錠，然后加入占原材料總重量為3.5～6.5%的鋅錠和1.5～4.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：對鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1～0.5%的Al-5Zr-1C合金和0.1～0.3%的混合稀土Re，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：將鎂合金液依次流過石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為60～120轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為30～60KPa的除氣箱和孔隙度為30～60ppi的陶瓷過濾板進(jìn)行在線除氣和過濾處理；第五步：在680～740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金。本發(fā)明的制備方法，首先選用純度大于或等于99.9%的鎂錠、鋅錠、Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re為原材料，從原材料上保證本發(fā)明制備方法可以獲得高純凈度的鎂合金，確保鎂合金獲得足夠的耐腐蝕性能。經(jīng)過爐內(nèi)精煉除氣除雜后，再加入Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re，能夠充分發(fā)揮Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re對鎂合金液的晶粒細(xì)化和深度凈化作用，最后再進(jìn)行在線除氣和過濾處理，進(jìn)一步提高鎂合金的純凈度，確保本發(fā)明方法獲得高純凈度的鎂合金，使鎂合金獲得高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異的耐腐蝕性能。為了更詳盡的描述本發(fā)明的高強(qiáng)韌耐蝕及其制備方法，以下列舉幾個實(shí)施例作更進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1：本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為：Zn3.5%，Mn0.3%，Al0.1%，Zr0.005%，C0.001%，Re0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。該高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和純度等于99.9%的鎂錠、鋅錠為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護(hù)和700℃條件下加熱熔化鎂錠，然后加入占原材料總重量為3.5%的鋅錠和1.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1%的Al-5Zr-1C合金和0.1%的混合稀土Re，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：將鎂合金液依次流過石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為60轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為60KPa的除氣箱和孔隙度為30ppi的陶瓷過濾板進(jìn)行在線除氣和過濾處理；第五步：在680℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金。實(shí)施例2：本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。該高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和純度等于99.95%的鎂錠、鋅錠為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護(hù)和730℃條件下加熱熔化鎂錠，然后加入占原材料總重量為4.5%的鋅錠和3%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.3%的Al-5Zr-1C合金和0.2%的混合稀土Re，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：將鎂合金液依次流過石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為90轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為45KPa的除氣箱和孔隙度為50ppi的陶瓷過濾板進(jìn)行在線除氣和過濾處理；第五步：在710℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金。實(shí)施例3：本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的成分及質(zhì)量百分比組成為：Zn6.5%，Mn0.9%，Al0.5%，Zr0.025%，C0.005%，Re0.3%，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。該高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和純度等于99.9%的鎂錠、鋅錠為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護(hù)和760℃條件下加熱熔化鎂錠，然后加入占原材料總重量為6.5%的鋅錠和4.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進(jìn)行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.5%的Al-5Zr-1C合金和0.3%的混合稀土Re，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：將鎂合金液依次流過石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為120轉(zhuǎn)/分鐘、氬氣壓力為30KPa的除氣箱和孔隙度為60ppi的陶瓷過濾板進(jìn)行在線除氣和過濾處理；第五步：在740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金。按中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16865-2013，將實(shí)施例1-3的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在DNS200型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸，拉伸速率為2毫米/分鐘，拉伸力學(xué)性能如表1所示。按中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/10134-2011，將實(shí)施例1-3的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金加工成20mm×5mm的圓柱狀試樣，在實(shí)驗(yàn)前均經(jīng)2000號水砂紙研磨處理，在用丙酮和無水乙醇清洗并干燥后稱取試樣的質(zhì)量作為初始質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)腐蝕介質(zhì)采用3.5%NaCl溶液，pH值控制在7～7.5，將腐蝕試樣懸掛于腐蝕介質(zhì)中浸泡24h，在沸騰的鉻酸（200mgCrO3/L+10mgAgNO3）中清洗5min，然后再用丙酮無水乙醇清洗并干干燥后，用分析天平稱重，計算腐蝕速率：V=（W1-W2）×t/A，式中，V為試樣的腐蝕速率，W1為試樣腐蝕之前的質(zhì)量，W2為試樣腐蝕之后的質(zhì)量，A為試樣的面積，t為腐蝕的時間，腐蝕速率如表1所示。表1實(shí)施例1-3的高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的拉伸力學(xué)性能和腐蝕速率實(shí)施例序號抗拉強(qiáng)度/MPa伸長率/%腐蝕速率/mg·cm-2·h-1實(shí)施例1223.417.73.24×10-3實(shí)施例2257.313.52.81×10-3實(shí)施例3282.710.82.97×10-3由表1的檢測結(jié)果可見，本發(fā)明高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)度大于220MPa，伸長率大于10%，腐蝕速率小于3.24×10-3mg·cm-2·h-1，具有強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，適合于鑄造、軋制、擠壓、鍛造等各種加工工藝，可加工成鑄件、板帶、管材、型材和鍛件，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。本發(fā)明是通過實(shí)施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實(shí)施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3