一種耐熱耐磨鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鎂合金材料技術領域，尤其是一種耐熱耐磨鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，現今在各種產品的設計上都朝向質量輕、重環保的目標邁進，因此，對于產品材料的開發及特性選擇上，需要作相當程度的考慮。鎂合金作為最輕的金屬結構材料，具有較高的比強度和比剛度、優良的阻尼性能和良好的鑄造性能和機械加工性能，被譽為“21世紀的綠色結構材料”，具有廣泛的應用前景。在常用的鑄造鎂合金牌號中，ZK60合金以其優良的室溫力學性能和較好的高溫力學性能，得到了廣泛的工業應用。但由于該合金在鑄造時易產生晶內偏析和疏松縮孔，同時該合金的熔煉和鑄造工藝也比較復雜，在生產中存在嚴重的夾雜問題，熱裂傾向嚴重，從而導致其高溫強度還是無法滿足一些特殊環境下的使用要求。
[0003]除此之外，由于鎂合金自身特殊的性能，使得鎂合金極易受到腐蝕，受熱后容易變形，并且耐磨損性能也較差，進而影響了鎂合金材料的進一步的應用，鑒于此，本研究者結合對鎂合金組份配比的研究，通過對鎂合金制備工藝進行探索，使得獲得的鎂合金表面形成一層保護膜層，為鎂合金領域提供了一種新產品。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供一種耐熱耐磨鎂合金及其制備方法。
[0005]具體是通過以下技術方案得以實現的:
[0006]—種耐熱耐磨鎂合金，組份按質量百分比計為Zn2.1-3.5%、Zr0.6-0.9%、Er3.1-4.2%，Nd0.7-1.3%，Si0.01-0.08%，Alll-13%、Ni6-8%、余量為 Mg 以及必不可少的雜質。
[0007]所述的組份按質量百分比計為Zn2.7%、Zr0.8%、Er3.7% ,Nd0.9 % , S1.06 % ,A112%、Ni7%、余量為Mg以及必不可少的雜質。
[0008]所述的耐熱耐磨鎂合金的制備方法，包括熔煉和熱處理步驟，具體包括以下步驟:
[0009](1)將Mg在在熔煉爐中加熱熔煉成液態鎂，并在熔煉過程中，采用六氟化硫-氮氣混合氣體作為保護氣體；
[0010](2)控制液態鎂的溫度為600-650°C，向其中加入A1和Ni組份，保溫處理10-20min后，再向其中加入Zn、Zr、Er、Nd、Si，并將溫度調整為780-800°C，保溫處理10-20min，再在10-20s將溫度降溫至700-740°C，再進行精煉7-9min，靜置10-20min，待鎂液冷卻至溫度為660-680°C后，除去浮渣澆鑄，冷卻至常溫，得到鎂合金錠；
[0011](3)將鎂合金錠浸泡在丙酮中，并向其中加入乙醇，將其采用超聲頻率為30-300HZ處理 10_20min;
[0012](4)將步驟(3)處理完成的鎂合金錠升溫至溫度為100-150°C，保溫2-4h，在浸入溶有有機硅的鈰鹽轉化液中，浸泡處理l_2min，再將其取出，采用清水沖洗干凈，并將其采用溫度為60-80°C烘干;再調整鎂合金錠溫度為300-340°C，并浸入氧碳硫共滲液體中，保溫10-30min，再將其取出后，采用溫度為1-5°C的磷化液浸泡處理3-7min，采用清水沖洗干凈，即可。
[0013]所述的乙醇，加入量為丙酮質量的10-20 %。
[0014]所述的鈰鹽轉化液含有鈰鹽10?20g/L、主氧化劑10?40ml/L、輔助氧化劑200?300g/L、有機硅5?8g/L、成膜促進劑1.5?2g/L，轉化液pH值為2.5?4.5;鈰鹽為水合氯化亞鈰;主氧化劑為過氧化氫;輔助氧化劑為高氯酸鈉;有機硅為乙烯基三甲氧基硅烷;成膜促進劑為苯甲酸鈉和/或苯駢三氮唑。
[0015]所述的氧碳硫共滲液體，每升含有熔鹽成分:亞硝酸鈉40_50g、碳酸鉀8-10g、硝酸鉀20-40g、氫氧化鋰40-60g、氫氧化鈉30-50g、氫氧化鉀23-31g、硫化鈉47-53g、CN0—23-30go
[0016]所述的磷化液，為含有Na0H40?60g/L，Na3P04.12H2010?20g/L的水溶液。
[0017]與現有技術相比，其技術效果體現在:
[0018]通過對鎂合金組份的配比設計，使得鎂合金組份相互作用，進而在提高鎂合金韌性的同時，改善鎂合金的強度，提高鎂合金的耐磨性能;通過對鎂合金制備工藝步驟以及工藝參數的限定，使得在鎂合金內部形成Al-Ni相，提高鎂合金的韌性，并且改善鎂合金的耐磨性能;再結合丙酮乙醇混合液的處理，使得鎂合金表面含有一層有機相，不僅達到對鎂合金表面進行清除雜質的功能，還使得其起到催化作用，使得鎂合金在浸入溶有有機硅的鈰鹽轉化液和氧碳硫共滲液體后，能夠在其表面形成雙層膜結構，提高鎂合金的耐磨性能，并結合磷化液的進一步的處理，使得鎂合金表面的膜結構得到強化，增強了膜結構的隔熱效果，提高了鎂合金的耐熱性能。
[0019]本研究者將實施例1-5處理過的鎂合金和鋁合金的硬度和厚度測定實驗，其測定結果為保護膜層硬度為Hv0.Q5140-145，涂層厚度為60-70微米。除此之外，其還進行了鹽霧腐蝕實驗，其結果在110h未出現有腐蝕現象;并且還將鹽霧試驗采用多種鹽霧交替處理，其在98h未發現任何腐蝕現象;其耐磨性能能夠明顯優于基體的耐磨性能。
[0020]除此之外，本研究者還將實施例1獲得的鎂合金進行高溫加熱，測定鎂合金的變形系數，得出其變形系數較低，在溫度達到500°C時，其未見有明顯的變形。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體的實施方式來對本發明的技術方案做進一步的限定，但要求保護的范圍不僅局限于所作的描述。
[0022]實施例1
[0023]一種耐熱耐磨鎂合金，組份按質量百分比計為Zn2.1 % , Zr0.6 % ,Er3.1 % ,Nd0.7%，Si0.01%，Alll%、Ni6%、余量為Mg以及必不可少的雜質。
[0024]所述的耐熱耐磨鎂合金的制備方法，包括熔煉和熱處理步驟，具體包括以下步驟:
[0025](1)將Mg在在熔煉爐中加熱熔煉成液態鎂，并在熔煉過程中，采用六氟化硫-氮氣混合氣體作為保護氣體；
[0026](2)控制液態鎂的溫度為600°C，向其中加入A1和Ni組份，保溫處理lOmin后，再向其中加入Zn、Zr、Er、Nd、Si，并將溫度調整為780°C，保溫處理10min，再在10s將溫度降溫至700°C，再進行精煉7min，靜置lOmin，待鎂液冷卻至溫度為660°C后，除去浮渣澆鑄，冷卻至常溫，得到鎂合金錠；
[0027](3)將鎂合金錠浸泡在丙酮中，并向其中加入乙醇，將其采用超聲頻率為30Hz處理lOmin；
[0028](4)將步驟(3)處理完成的鎂合金錠升溫至溫度為100°C，保溫2h，在浸入溶有有機硅的鈰鹽轉化液中，浸泡處理lmin，再將其取出，采用清水沖洗干凈，并將其采用溫度為60°C烘干;再調整鎂合金錠溫度為300°C，并浸入氧碳硫共滲液體中，保溫lOmin，再將其取出后，采用溫度為1°C的磷化液浸泡處理3min，采用清水沖洗干凈，即可。
[0029]所述的乙醇，加入量為丙酮質量的10%。
[0030]所述的鈰鹽轉化液含有鈰鹽10g/L、主氧化劑10ml/L、輔助氧化劑200g/L、有機硅5g/L、成膜促進劑1.5g/L，轉化液pH值為2.5;鈰鹽為水合氯化亞鈰;主氧化劑為過氧化氫；輔助氧化劑為高氯酸鈉;有機硅為乙烯基三甲氧基硅烷;成膜促進劑為苯甲酸鈉。
[0031]所述的氧碳硫共滲液體，每升含有熔鹽成分:亞硝酸鈉40g、碳酸鉀8g、硝酸鉀20g、氫氧化鋰40g、氫氧化鈉30g、氫氧化鉀23g、硫化鈉47g、CNO—23g。
[0032]所述的磷化液，為含有Na0H40g/L，Na3P04.12H2010g/L的水溶液。
[0033]實施例2
[0034]一種耐熱耐磨鎂合金，組份按質量百分比計為Zn3.5 %、Zr 0.9 %、Er 4.2 %，Ndl.3%，Si0.08%，A113%、Ni8%、余量為Mg以及必不可少的雜質。
[0035]所述的耐熱耐磨鎂合金的制備方法，包括熔煉和熱處理步驟，具體包括以下步驟:
[0036](1)將Mg在在熔煉爐中加熱熔煉成液態鎂，并在熔煉過程中，采用六氟化硫-氮氣混合氣體作為保護氣體；
[0037](2)控制液態鎂的溫度為650°C，向其中加入A1和Ni組份，保溫處理20min后，再向其中加入Zn、Zr、Er、Nd、Si，并將溫度調整為800°C，保溫處理20min，再在20s將溫度降溫至740°C，再進行精煉9min，靜置20min，待鎂液冷卻至溫度為680°C后，除去浮渣澆鑄，冷卻至常溫，得到鎂合金錠；
[0038](3)將鎂合金錠浸泡在丙酮中，并向其中加入乙醇，將其采用超聲頻率為300Hz處理20min;
[0039](4)將步驟(3)處理完成的鎂合金錠升溫至溫度為150°C，保溫4h，在浸入溶有有機硅的鈰鹽轉化液中，浸泡處理2min，再將其取出，采用清水沖洗干凈，并將其采用溫度為80°C烘干;再調整鎂合金錠溫度為340°C，并浸入氧碳硫共滲液體中，保溫30min，再將其取出后，采用溫度為5°C的磷化液浸泡處理7min，采用清水沖洗干凈，即可。
[0040]所述的乙醇，加入量為丙酮質量的20%。
[0041 ]所述的鈰鹽轉化液含有鈰鹽20g/L、主氧化劑40ml/L、輔助氧化劑300g/L、有機硅8g/L、成膜促進劑2g/L，轉化液pH值為4.5 ；鈰鹽為水合氯化亞鈰;主氧化劑為過氧化氫;輔助氧化劑為高氯酸鈉;有機硅為乙烯基三甲氧基硅烷;成膜促進劑為苯駢三氮唑。
[0042]所述的氧碳硫共滲液體，每升含有熔鹽成分:亞硝酸鈉50g、碳酸鉀10g、硝酸鉀40g、氫氧化鋰60g、氫氧化鈉50g、氫氧化鉀31 g、硫化鈉53g、CNO—30g。
[0043]所述的磷化液，為含有Na0H60g/L，Na3P04.12H2020g/L的水溶液。
[0044]實施例3
[0045]—種耐熱耐磨鎂合金，組份按質量百分比計為Zn 2.7 %、Zr0.8 %、Er 3.7 %，Nd0.9%，Si0.06%，A112%、Ni7%、余量為Mg以及必不可少的雜質。
[0046]所述的耐熱耐磨鎂合金的制備方法，包