一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金及制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金及制備方法，屬于鎂合金材料【技術領域】。該稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金由鋁、鋅、釹、釔和鎂組成。其制備過程包括用純金屬為原料在真空熔煉爐內熔煉成鎂合金鑄錠；然后將獲得的鑄錠在管式爐內進行均勻化退火處理；隨后在擠壓機上進行熱擠出變形得到耐腐蝕性變形鎂合金。本發明的優點，在鎂合金中添加了Nd和Y稀土元素，使AZ31鎂合金的耐腐蝕性能大大提高，同時稀土元素的加入大大提高了AZ31鎂合金的力學性能，從而擴大了該鎂合金的應用范圍。
【專利說明】一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金，屬于鎂合金材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]金屬鎂及其合金是迄今在工程中應用的最輕的結構材料。常規鎂合金比鋁合金輕30%~50%，比鋼鐵輕70%以上，應用在工程中可大大減輕結構件質量。同時，鎂合金具有高的比強度和比剛度，尺寸穩定性高，具有優良的力學性能，特別適用于輕質結構件。隨著航空航天、汽車輕量化、通信產品及消費電子類產品等領域的高速發展，大大刺激了鎂行業的發展。然而在常用工程結構用金屬材料中，鎂的標準電極電位最低(OMg2+/Mg=-2.37V)，鋁、銅、鐵的標準電極電位分別為-1.56V、+0.34V、-0.44V。在干燥的大氣中，鎂表面可以形成氧化物膜，對基體有一定的保護作用，但由于氧化鎂膜疏松多孔，鎂及鎂合金耐蝕性較差，呈現出很高的化學和電化學活性。在潮濕的環境中，特別是氯離子存在的條件下，鎂合金發生嚴重腐蝕。
[0003]由于鎂合金的耐蝕性較差，致使該金屬難以滿足使用環境的需要，大大限制了鎂合金制品的應用范圍。目前鎂合金多采用涂鍍層及陽極化等表面處理方法提高其耐蝕性。盡管采用涂料方法對金屬有一定的保護效果，但由于高分子涂料與基體金屬的結合強度不佳，容易脫落失去防腐效果，而且多數高分子材料容易造成環境污染。陽極氧化法生成的耐蝕性氧化膜層也可作為保護膜提高鎂合金耐蝕性，但氧化膜多為疏松結構、多孔，一旦有破損，會加速鎂合金的腐蝕。而通過合金化，向鎂合金中添加能提高其耐蝕性的合金元素可以從本質上完善合金組織，穩定長久的提高耐蝕性。
[0004]早期已經有諸多的研究表明，稀土元素作為微合金化元素，加入到鎂合金中可以提高鎂合金的鑄造性能，也可以與熱處理結合使用提高合金力學性能，還可以用來在鎂合金表面形成比MgO更致密的保護膜，提高合金的耐高溫性和耐腐蝕性，并且稀土元素以化合物形式存在，不會對產品造成污染。
[0005]段漢橋等人研究了 AZ91合金在添加稀土元素后在NaCl溶液中的腐蝕規律，結果表明稀土元素顯著提高了 AZ91合金在NaCl溶液中的耐腐蝕性能；張勇等人研究稀上鈰對AZ91鎂合金表面的滲入及其耐腐蝕性能的影響中發現，稀土鈰是以化合態的形式存在于表層，滲入的稀土元素鈰起到凈化合金表面、微合金化的作用。AZ91鎂合金均勻腐蝕速率由1.850mg/m2.s降為0.876mg/m2.s,顯著提高了 AZ91鎂合金的耐腐蝕性能。
[0006]AZ31鎂合金是目前商用鎂合金中應用最廣泛的變形鎂合金之一，具有成本低、力學性能較強等優點，盡管對其組織和性能的研究較多，但都沒有涉及抗腐蝕性能的研究，如果在提高性能的基礎上提高AZ31鎂合金的抗腐蝕性能，將會大大提高其應用領域范圍。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金及制備方法，所述的稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金比AZ31鎂合金耐蝕性能高，同時大大提高了鎂合金的強塑性，利于鎂合金制品的成型加工，可以進一步擴大鎂合金的應用范圍。
[0008]本發明是通過以下技術方案加以實現的，一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金，其特征在于，該稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金由下列組分及質量含量所組成:鋁:2.86-2.92%、鋅:0.92-0.96%、釹:0.5-1.02%、釔:0.5-1.24%，其余為鎂，上述各組分質量百分含量之和為100%。
[0009]上述的稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金及其制備方法，其特征在于包括以下過程:
(1).熔煉稀土鎂合金鑄錠
按照該鎂合金組分及百分含量為:鋁:2.86-2.92%、鋅:0.92-0.96%、釹:0.5-1.02%、釔:0.5-1.24%，其余為鎂，將純金屬Mg、Al、Zn、Nd和Y加入真空熔煉爐中，充氬氣保護，升溫至740°C使金屬熔融，采用熱模帶電澆鑄法澆注于鐵模內，獲得鎂合金鑄錠；
(2).對所得鎂合金鑄錠進行均勻化退火處理將步驟(1)所制得的鎂合金鑄錠置于管式爐中，爐內通Ar氣保護，在420°C下保溫12小時，隨爐冷卻到室溫，得到均勻化退火處理的鎂合金；
(3).將均勻化退火處理的鎂合金進行熱擠壓變形
將步驟(2)所制得的均勻化退火的鎂合金在400°C保溫40分鐘，擠壓筒預熱至300°C，在200t的臥式擠壓機上進行熱擠壓變形，擠壓比(36-56):1，得到稀土元素合金化的耐蝕
性變形鎂合金。
[0010]本發明的優點，在鎂合金中添加了 Nd和Y稀土元素，使AZ31鎂合金的耐腐蝕性能大大提高，同時稀土元素的加入大大提高了 AZ31鎂合金的力學性能，從而擴大了該鎂合金的應用范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為實施例1所制的得鎂合金AZ31-lNd-lY和實施例2所制得的鎂合金AZ31-0.5Nd-0.5Y及對比例所制的得鎂合金AZ31的電化學極化曲線圖。
[0012]圖2為實施例1所制的得鎂合金AZ31-lNd_lY和實施例2所制得的鎂合金AZ31-0.5Nd-0.5Y及對比例所制的得鎂合金AZ31的室溫拉伸應力-應變曲線圖。
[0013]圖3為實施例1所制的得鎂合金AZ31-lNd_lY和對比例所制的得鎂合金AZ31的電化學腐蝕形貌SEM照片。
【具體實施方式】
[0014]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的說明，這些實例只用于說明本發明，并不限制本發明。
[0015]實施例1
取純金屬 Al:29g, Zn:9.5g，Nd:10.2g，Y:12.4g，Mg:938.9g 加入真空熔煉爐中，充氬氣保護，升溫至740°C使金屬熔融，采用熱模帶電澆鑄法澆注于鐵模內，獲得直徑為60_的鎂合金鑄錠；將直徑60mm的鎂合金鑄錠利用管式爐進行均勻化退火處理，退火溫度為420°C，保溫時間為12小時，隨爐冷卻到室溫；隨后進行熱擠壓變形，在箱式電阻爐中400°C下保溫40分鐘，同時擠壓筒預熱至300°C，在200t擠壓機上快速進行熱擠出成型，材料由直徑60mm變為直徑8mm ；
實施例2
稱取純金屬 Al:29.lg，Zn:9.6g，Nd:5.4g，Y:4.7g，Mg:951.2g，加入真空熔煉爐中，充氬氣保護，升溫至740°C使金屬熔融，采用熱模帶電澆鑄法澆注于鐵模內，獲得直徑為60_的鎂合金鑄錠；將直徑60mm的鎂合金鑄錠利用管式爐進行均勻化退火處理，退火溫度為420°C，保溫時間為12小時，隨爐冷卻到室溫；隨后進行熱擠壓變形，在箱式電阻爐中400°C下保溫40分鐘，同時擠壓筒預熱至300°C，在200t擠壓機上快速進行熱擠出成型，材料由直徑60mm變為直徑8mm ；
對比例:
稱取純金屬Al:28.6g，Zn:9.2g，Mg:962.2g，按照實施例1的方法步驟制的未添加稀土元素的AZ31鎂合金進行均勻化退火、熱擠壓變形，獲得用來與該發明的稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金作對比的鎂合金鑄錠。
[0016]將實施例1所制的得鎂合金AZ31-lNd-lY和實施例2所制得的鎂合金AZ31-0.5Nd-0.5Y及對比例所制的得鎂合金AZ31進行腐蝕性能測試和室溫拉伸性能對比如下。
[0017]具體操作過程為:用砂紙將其中一面打磨直到沒有可見劃痕為止，其它面用硅橡膠涂封，采用Reference 600電化學工作站測量以3.5%NaCl溶液為腐蝕介質的電化學極化曲線，其中電位掃描區間為Ecorr-250mV~Ecorr+250mV，掃描速度為0.5mV/s,獲得電化學極化曲線圖，如圖1所 示。通過對比可以看出，實施例1獲得的鎂合金AZ31-lNd-lY腐蝕電位較高，腐蝕電流密度較小，耐腐蝕性能比AZ31強。
[0018]將實施例1、實施例2以及對比例獲得的鎂合金加工成標準拉伸試樣，在萬能試驗機上進行室溫拉伸實驗，拉伸速度為lmm/min。試樣變形量由引伸計直接讀出，獲得抗拉強度、屈服強度、延伸率等性能參數，并繪制應力-應變曲線圖，如圖2所示。通過對比可以看出，實施例1及實施例2獲得的鎂合金強度比現有鎂合金AZ31的強度更高，延伸率比AZ31鎂合金的更高。
【權利要求】
1.一種稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金，其特征在于，該稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金由下列組分及質量含量所組成:鋁:2.86-2.92%、鋅:0.92-0.96%、釹:0.5-1.02%、釔:0.5-1.24%，其余為鎂，上述各組分質量百分含量之和為100%。
2.一種按權利要求1所述的稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金的制備方法，其特征在于包括以下過程: (1).熔煉稀土鎂合金鑄錠按照該鎂合金組分及百分含量為:鋁:2.86-2.92%、鋅:0.92-0.96%、釹:0.5-1.02%、釔:0.5-1.24%，其余為鎂，將純金屬Mg、Al、Zn、Nd和Y加入真空熔煉爐中，充氬氣保護，升溫至740°C使金屬熔融，采用熱模帶電澆鑄法澆注于鐵模內，獲得鎂合金鑄錠；(2).對所得鎂合金鑄錠進行均勻化退火處理將步驟(1)所制得的鎂合金鑄錠置于管式爐中，爐內通Ar氣保護，在420°C下保溫12小時，隨爐冷卻到室溫，得到均勻化退火處理的鎂合金；(3).將均勻化退火處理的鎂合金進行熱擠壓變形將步驟(2)所制得的均勻化退火的鎂合金在400°C保溫40分鐘，擠壓筒預熱至300°C，在200t的臥式擠壓機上進行熱擠壓變形，擠壓比(36-56):1，得到稀土元素合金化的耐蝕性變形鎂合金。
【文檔編號】C22F1/06GK103643098SQ201310606245
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】師春生, 李文文, 趙乃勤, 何春年, 劉恩佐, 李家俊 申請人:天津大學