一種含稀土元素的耐蝕變形鎂合金及其制備方法技術

一種含稀土元素的耐蝕變形鎂合金及其制備方法，涉及鎂合金生產技術領域。各組分的質量百分比為：Al：8.3%~9.2%；Zn：0.5%~0.8%；Mn：0.1%~0.3%；LRE：0.8%~1.5%；HRE：0.2%~0.6%；余量為Mg及不可避免的雜質元素，其中LRE代表輕稀土元素，HRE代表重稀土元素。通過半連續鑄造方法制備鎂合金鑄錠，鑄錠經過固溶處理后車削成圓錠，然后進行熱擠壓。本發明專利技術制備的鎂合金，經過35℃，5%NaCl中性鹽霧試驗100小時，腐蝕速率為0.01684?mg?cm-2?d-1，是一種低稀土含量的高耐蝕性變形鎂合金。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鎂合金生產

技術介紹
AZ80鎂合金由于其優異的性能和低廉的價格，被廣泛應用于擠壓和鍛造生產中，是目前應用最廣泛的高強變形鎂合金。但由于鎂的化學活性較強，具有較小的電負性和較負的電極電位（鎂的電負性為1.31，標準電極電位為-2.37V），易與合金中的合金元素及雜質發生電偶腐蝕；同時，鎂合金在腐蝕過程中表面形成的氧化鎂膜的Pilling-Bedworth比（PBR，即氧化物的摩爾體積與基體金屬的摩爾體積之比）為0.81。當PBR<1時，通常認為形成非保護性氧化膜，不能對膜層內部的組織形成有效的保護，因而鎂合金很不耐腐蝕。為了提高鎂合金制品的耐腐蝕性，人們開發了很多相關的工藝進行表面改性或者表面處理，如電鍍、化學鍍、化學轉化涂層、陽極氧化、PVD、CVD、離子注入、激光合金化和熱噴涂等等，也取得了很好的效果。但提高鎂合金自身的耐腐蝕性，開發高耐蝕鎂合金，仍具有至關重要的意義。CN101509092A公開了一種含稀土Er元素的耐蝕Mg-Al-Zn-Mn鑄造鎂合金，由下述組分（重量百分比）組成：Al：8.3～9.7，Zn：0.35～1.0，Mn：0.15～0.50，Er：0.1～0.9，其余為Mg。通過鉺元素合金化的作用，細化鑄態組織中的初生相，減少初生第二相的數目，改善初生第二相的分布，在不改變已形成的鎂鋁鋅錳系鑄造合金主要成分的基礎上，使鎂鋁鋅錳合金的原始鑄態組織得到改善，有效提高鎂鋁鋅錳系鑄造鎂合金抗腐蝕性能。合金室溫下在3.5%NaCl溶液中的失重腐蝕速率約為0.54606～1.58355mg·cm-2·d-1，腐蝕速率沒有顯著降低。CN104404329A公開了一種高耐腐蝕鎂合金材料及其制備方法，合金材料中各組分質量百分數如下：Al：4.5%～5.5%，Zn：1.5%～2%，Mn：0.1%～0.3%，Y：0.1%～0.5%，雜質元素含量：Fe≤0.01%，Ni≤0.003%，Cu≤0.0004%，Si≤0.03%，Ca≤0.002%，其余為鎂，5%的NaCl中性鹽霧試驗120h，腐蝕速度v失<0.008mg·cm-2·h-1（約合0.192mg·cm-2·d-1），耐蝕性能良好。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種含稀土元素的耐蝕變形鎂合金。本專利技術各原料組分的質量百分比為：Al：8.3%～9.2%；Zn：0.5%～0.8%；Mn：0.1%～0.3%；LRE：0.8%～1.5%；HRE：0.2%～0.6%；余量為Mg及不可避免的雜質元素；其中LRE代表輕稀土元素，為La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少任意一種；HRE代表重稀土元素，為Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的至少任意一種。本專利技術通過輕稀土、重稀土的加入，使合金中的第二相由單一的γ-Mg17Al12相轉變為離散的共晶Mg17Al12相、針狀的Al11RE3相、塊狀的Al-RE相和Al-Mn-RE相。這是由于：1）RE與Al的電負性差值大于RE與Mg的電負性差值，同時，Al-RE相形成溫度要高于Mg17Al12相，所以在凝固過程中優先形成Al-RE相；2）由于Al-RE相的形成，消耗了合金中的Al原子，抑制了Mg17Al12相的形核和長大，使Mg17Al12相由沿晶界連續分布變為離散分布。特別是經過熱擠壓過程，使合金的組織及第二相均得到進一步的細化。同時，稀土的加入，使鎂合金在腐蝕過程中表面形成的氧化鎂膜變得致密，阻止了鎂合金的進一步腐蝕。本專利技術的鎂合金經過35℃，5%NaCl中性鹽霧試驗100小時，腐蝕速率為0.01684mg·cm-2·d-1。進一步地，所述Al、Zn、Mn、Ce和Gd的質量百分比分別為Al：8.82%；Zn：0.77%；Mn：0.15%；Ce：1.08%；Gd：0.32%。該配方制成的產品經過35℃，5%NaCl中性鹽霧試驗100小時，腐蝕速率為0.01684mg·cm-2·d-1，本專利技術另一目的是提出以上含稀土元素的耐蝕變形鎂合金的制備方法。方法包括以下步驟：1）將原料及5號熔劑分別預熱到80～100℃；2）將鐵坩堝預熱至200～300℃后加入鎂錠，并加入5號熔劑進行覆蓋，防止鎂在高溫過分氧化；待鎂錠完全熔化后，將鐵坩堝內熔體升溫至720℃以上，然后分批向其中加入鋁、鋅、LRE源、HRE源、錳源，攪拌20分鐘，通氬氣精煉，然后靜置40分鐘；加入的各原料中組分的質量百分比為：Al：8.3%～9.2%；Zn：0.5%～0.8%；Mn：0.1%～0.3%；LRE：0.8%～1.5%；HRE：0.2%～0.6%；余量為Mg及不可避免的雜質元素；其中LRE代表輕稀土元素，為La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少任意一種；HRE代表重稀土元素，為Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的至少任意一種；3）采用半連續鑄造方式鑄造成鑄錠，澆道和結晶器通入CO2和SF6的體積比為100∶1的混合氣體作為保護氣體；4）將所得鑄錠在真空熱處理爐中進行固溶處理，然后將固溶處理后的鑄錠放入80℃的水中淬火；5）所得鑄錠車削后，進行熱擠壓，得到鎂合金棒材。本專利技術采用半連續鑄造方式鑄造，有利于控制合金中對耐腐蝕性能影響較大的Fe、Cu、Si、Ni元素的含量。本專利技術主要作用是輕重稀土的混合加入，凈化了熔體，降低了雜質，改變了合金中的第二相，大大提高了合金的耐腐蝕性能。進一步地，所述步驟2）中，所述鎂錠為高純鎂；所述鋁為高純鋁；所述鋅為高純鋅；所述LRE源為鎂-輕稀土中間合金；所述HRE源為鎂-重稀土中間合金；所述錳源為含錳10%的鋁錳中間合金。該具體優選的原料可產生的特殊優良效果：采用高純鋁、高純鋅可避免雜質元素（Fe、Cu、Si、Ni）對合金耐腐蝕性能的影響；采用中間合金添加，可避免溶質原子與鎂之間由于熔點及密度相差較大帶來的偏析及收得率較低的問題。所述步驟2）中，鐵坩堝內熔體升溫至740℃以上，再加入鋁、鋅、LRE源、HRE源、錳源。該溫度可使稀土的收得率提高。所述步驟4）中，固溶處理工藝為420℃保溫24小時。該溫度下，固溶后合金中的第二相Mg17Al12全部回溶到基體中，同時晶粒長大較小。所述步驟5）中，所述熱擠壓處理是：將鑄錠車削成直徑為92mm的圓錠，將圓錠在200℃～240℃的環境下預熱2小時～2.5小時，然后在擠壓溫度為200℃~240℃，擠壓比為22∶1，擠壓速度為0.1～0.5mm/s的條件下對圓錠進行擠壓操作。該具體工藝可低溫低速擠壓，可使合金獲得極細的晶粒組織。本專利技術合金的晶粒尺寸約為0.7～0.9μm。附圖說明圖1為實施例1、2、3與對比例所述鎂合金經過35℃，5%NaCl中性鹽霧試驗100小時后的腐蝕速率曲線。具體實施方式實施例1：本實施例的含稀土元素的耐蝕變形鎂合金，其組成及各組分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含稀土元素的耐蝕變形鎂合金，其特征在于：各原料組分的質量百分比為：Al：8.3%～9.2%；Zn：0.5%～0.8%；Mn：0.1%～0.3%；LRE：0.8%～1.5%；HRE：0.2%～0.6%；余量為Mg及不可避免的雜質元素；其中LRE代表輕稀土元素，為La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少任意一種；HRE代表重稀土元素，為Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的至少任意一種。

【技術特征摘要】
1.一種含稀土元素的耐蝕變形鎂合金，其特征在于：各原料組分的質量百分比為：
Al：8.3%～9.2%；
Zn：0.5%～0.8%；
Mn：0.1%～0.3%；
LRE：0.8%～1.5%；
HRE：0.2%～0.6%；
余量為Mg及不可避免的雜質元素；
其中LRE代表輕稀土元素，為La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少任意一種；
HRE代表重稀土元素，為Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的至少任意一種。
2.根據權利要求1所述含稀土元素的耐蝕變形鎂合金，其特征在于：所述Al、Zn、Mn、Ce和Gd的質量百分比分別為Al：8.82%；Zn：0.77%；Mn：0.15%；Ce：1.08%；Gd：0.32%。
3.一種如權利要求1所述的含稀土元素的耐蝕變形鎂合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
1）將原料及5號熔劑分別預熱到80～100℃；
2）將鐵坩堝預熱至200～300℃后加入鎂錠，并加入5號熔劑進行覆蓋；
待鎂錠完全熔化后，將鐵坩堝內熔體升溫至720℃以上，然后分批向其中加入鋁、鋅、LRE源、HRE源、錳源，攪拌20分鐘，通氬氣精煉，然后靜置40分鐘；
加入的各原料中組分的質量百分比為：
Al：8.3%～9.2%；
Zn：0.5%～0.8%；
Mn：0.1%～0.3%；
LRE：0.8%～1.5%；
HRE：0.2%～0.6%；
余量為Mg及不可避免的雜質元素；其中LRE代表輕稀土元素，為La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少任意一種；HRE...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱鑫，孟健，尹飛，陳聯洲，呂恒林，牛曉東，黎智萍，孫偉，江廷輝，
申請(專利權)人：揚州宏福鋁業有限公司，中國科學院長春應用化學研究所，香港理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32