本發明屬于鎂合金
技術領域：
，具體是涉及一種高強韌耐蝕鎂合金及其制備方法。
背景技術：
：鎂合金是目前工業應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優點，在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領域具有很大的應用潛力。但目前大多數鎂合金的絕對強度仍然較低，這就限制了鎂合金在許多受力結構件上的應用。其次，鎂合金是密排六方晶體結構，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、鍛件等的生產和應用。特別是鎂合金的耐腐性能差，在潮濕的環境下很容易腐蝕，這就使鎂合金對使用環境要求較高，這是限制鎂合金普遍應用的主要原因之一。鎂合金耐腐蝕性能差的原因，主要是鎂的標準電極電位很低，鎂是目前常用金屬結構材料中最低的，當它與其他金屬材料接觸時容易形成腐蝕電偶，鎂呈現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部的第二相或雜質。另外，鎂的化學性質活潑，在潮濕的環境中，鎂合金容易與水分子發生反應，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作用。因此，積極探索增強鎂合金耐腐蝕性能的途徑，開發耐腐蝕的鎂合金對于推動鎂合金的應用具有十分重要的意義。技術實現要素：本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種強度高、塑性好、耐腐蝕的高強韌耐蝕鎂合金及其制備方法。本發明的技術方案是這樣實現的：本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金，其特點是由以下成分及質量百分比組成：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，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。優選的，本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金，由以下成分及質量百分比組成：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，所述Re的成分及質量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金的制備方法，其特點是包括以下步驟：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子旋轉速度為60～120轉/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，得到高強韌耐蝕鎂合金。本發明與現有技術相比，具有以下優點：本發明高強韌耐蝕鎂合金的室溫抗拉強度大于220MPa，伸長率大于10%，腐蝕速率小于3.24×10-3mg·cm-2·h-1，具有強度高、塑性好、耐腐蝕的優點，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、航空航天等領域，具有廣闊的市場應用前景。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明作進一步的詳細說明。本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金，由以下成分及質量百分比組成：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，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。優選的，所述高強韌耐蝕鎂合金的成分及質量百分比組成為：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，所述Re的成分及質量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。其中，Zn是本發明所述高強韌耐蝕鎂合金的主要合金元素，Zn在鎂合金中具有固溶強化作用，還可與Mg形成MgZn強化相，提高鎂合金的強度。Zn含量越高，MgZn相的數量也越多，鎂合金的強度也越高，鑄造性能越好。但Zn含量太高，也會導致鎂合金的塑形下降。為確保鎂合金獲得足夠的強度和塑性，因此，Zn含量選擇在3.5～6.5%，優選的，Zn含量為4.5%。Mn在本發明鎂合金中可形成MnAl6化合物彌散質點，能阻止鎂合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶粒，提高鎂合金的強度和焊接性能。Mn在鎂合金中還能溶解雜質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化劑，是由氟鋯酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應得到，內部含有大量的ZrC粒子。ZrC粒子都具有熔點高、穩定性好的特點，特別是ZrC粒子與鎂同為密排六方晶體結構，并且晶格常數相近，晶格常數錯配度非常低，是鎂晶粒的優良非均質形核核心，可細化鎂合金晶粒。發明人的大量實驗研究表明，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，可顯著細化鎂合金的晶粒，提高鎂合金的強度和塑性。優選的，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性質活潑，能與鎂合金液中的氫、氧、鐵、硅、銅等雜質元素反應生成高熔點、高穩定性的稀土化合物，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合稀土氧化膜，對鎂合金基體形成有效和穩定的保護作用，提高鎂合金的抗腐蝕能力。發明人的實驗研究表明，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，優選的，混合稀土Re添加量為0.2%。本發明還提供了所述高強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子旋轉速度為60～120轉/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，得到高強韌耐蝕鎂合金。本發明的制備方法，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。經過爐內精煉除氣除雜后，再加入Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re，能夠充分發揮Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re對鎂合金液的晶粒細化和深度凈化作用，最后再進行在線除氣和過濾處理，進一步提高鎂合金的純凈度，確保本發明方法獲得高純凈度的鎂合金，使鎂合金獲得高強度、高塑性和優異的耐腐蝕性能。為了更詳盡的描述本發明的高強韌耐蝕及其制備方法，以下列舉幾個實施例作更進一步的說明。實施例1：本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金的成分及質量百分比組成為：Zn3.5%，Mn0.3%，Al0.1%，Zr0.005%，C0.001%，Re0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。該高強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子旋轉速度為60轉/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，得到高強韌耐蝕鎂合金。實施例2：本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金的成分及質量百分比組成為：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。該高強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子旋轉速度為90轉/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，得到高強韌耐蝕鎂合金。實施例3：本發明所述的高強韌耐蝕鎂合金的成分及質量百分比組成為：Zn6.5%，Mn0.9%，Al0.5%，Zr0.025%，C0.005%，Re0.3%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述Re的成分及質量百分比為：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。該高強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子旋轉速度為120轉/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，得到高強韌耐蝕鎂合金。按中華人民共和國國家標準GB/T16865-2013，將實施例1-3的高強韌耐蝕鎂合金加工成標準拉伸試樣，在DNS200型電子拉伸試驗機上進行室溫拉伸，拉伸速率為2毫米/分鐘，拉伸力學性能如表1所示。按中華人民共和國國家標準GB/10134-2011，將實施例1-3的高強韌耐蝕鎂合金加工成20mm×5mm的圓柱狀試樣，在實驗前均經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量作為初始質量，實驗腐蝕介質采用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量，W2為試樣腐蝕之后的質量，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實施例1-3的高強韌耐蝕鎂合金的拉伸力學性能和腐蝕速率實施例序號抗拉強度/MPa伸長率/%腐蝕速率/mg·cm-2·h-1實施例1223.417.73.24×10-3實施例2257.313.52.81×10-3實施例3282.710.82.97×10-3由表1的檢測結果可見，本發明高強韌耐蝕鎂合金的室溫抗拉強度大于220MPa，伸長率大于10%，腐蝕速率小于3.24×10-3mg·cm-2·h-1，具有強度高、塑性好、耐腐蝕的優點，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，具有廣闊的市場應用前景。本發明是通過實施例來描述的，但并不對本發明構成限制，參照本發明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發明權利要求限定的范圍之內。當前第1頁1 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