专利名称：：一种提高az91d镁合金耐腐蚀性能的方法
技术领域：
：本发明涉及金属材料，特别是涉及一种利用旋转磁场与硼复合处理工艺实现提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法。技术背景镁合金是最轻的结构材料之一，具有高的比强度、比刚度、优良的减震性和铸造性能，在航空、汽车、电子等领域获得了广泛的应用，并表现出强劲的发展势头。AZ91D镁合金具有优异的铸造性能和良好的室温力学性能，是最广泛使用的一类镁合金，占压铸镁合金用量的90%，但是，镁及镁合金的抗蚀能力很低，使其应用范围受到很大限制，因此，进一步提高镁合金的耐腐蚀性能变得越来越迫切。加入提高镁合金耐蚀性的合金元素，利用优化微观组织结构以及通过改善基体腐蚀产物的微观结构设计新的镁合金，是提高镁合金耐蚀性能的根本途径，也是镁合金实现工程应用的有效途径。如少量的Be加入镁合金熔体中，熔体表面形成一层氧化铍保护膜，减少镁的腐蚀。但是Be含量过高会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。还有一个严重问题是Be有毒，不仅对人体有害，废渣还危害环境。有研究表明，微量硼的加入也能显著细化镁合金的组织和晶粒，提高其自腐蚀电位，降低盐雾腐蚀速率，使该轻质合金耐腐蚀性能得以改善。但当硼的加入量超过0.01%时，硼与Al生成的化合物偏聚于晶界，损害镁合金的韧性，且对ci-Mg晶粒有粗化作用，并且硼细化晶粒的机制还不清楚。因此，加硼提高镁合金的耐腐蚀性还没得到实际应用。旋转磁场是利用电磁感应产生的电磁力来推动金属有规律地运动，从而减少枝状晶，增加等轴晶率，达到改善合金质量的目的。它是一种非接触搅拌，既克服了机械搅拌直接接触金属液，造成巻入气渣等缺陷的缺点，又克服了加入第三组元的耗材料、耗时间、成本高的缺点，备受人们关注，极具工业潜力。有报道表明，在合金凝固过程中施加旋转磁场，能产生明显的晶粒细化和晶粒尺寸均匀化的作用，并能减少合金元素的宏观偏析，对中间相的生长以及分布也有一定影响。因此，本发明以旋转磁场为外力，以硼作为合金元素，研制了具有良好耐腐蚀性能的AZ91D镁合金。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，该方法工艺简单且能耗低。本发明采用包括以下步骤的方法来提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能硼复合处理先对AZ91D镁合金锭进行加热熔炼，然后在590610。C时通入C02+SF6混合气体进行保护，继续升温至720740。C时以A1-4B中间合金的形式向镁合金液中添加硼，再搅拌均匀并保温静置1030min获得硼镁复合液，待温度降至68070(TC时将硼镁复合液浇铸到预热为200400。C的金属模具中，该模具放置在旋转磁场中；旋转磁场处理硼镁复合液浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，使硼镁复合液在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模，即得耐腐蚀性能提高的AZ91D镁合金。本发明与现有技术相比具有以下的主要优点其一.在镁合金熔体凝固过程中施加磁场，镁合金晶粒明显细化，自腐蚀电位比未加磁场时显著提高。其二.加入的硼资源丰富，价格低廉。其三.由于是一种非接触式搅拌，克服了机械搅拌直接接触金属液容易巻入气渣造成组织缺陷等缺点，有利于提高产品质量。其四.旋转磁场发生装置简单，所用磁场通过异步电动机定子绕组线圈产生，操作控制方便，生产安全无危险。其五.无污染，能耗低，生产方式灵活。图1为本发明旋转磁场发生装置示意图。其中l.定子绕组线圈；2.垫块；3.硼镁复合液；4.不锈钢模具；5.三相调压器。图2为镁合金的浸泡失重曲线。其中(a)原始AZ91D镁合金的浸泡失重曲线；(b)经过旋转磁场和B复合处理的AZ91D镁合金的浸泡失重曲线。图3为镁合金的极化曲线。其中(a)原始AZ91D镁合金的极化曲线；(b)经过旋转磁场和B复合处理的AZ91D镁合金的极化曲线。具体实施方式本发明提供的提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，具体是采用包括以下步骤的方法1.硼复合处理先将AZ91D镁合金锭放入石墨坩埚内，并且在井式坩埚电阻炉加热熔炼；然后在5卯610。C时通入C02+SF6混合气体进行保护，继续升温至720740。C时以A1-4B中间合金的形式向镁合金液中添加硼，使硼的添加量为占镁合金液的质量分数0.005-0.05%;再搅拌均匀并保温静置1030min获得硼镁复合液，待温度降至680700°C时将硼镁复合液浇铸到预热为20040CTC的金属模具中，该模具放置在旋转磁场中。2.旋转磁场处理硼镁复合液浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，电流频率为50HZ，调节励磁电压为50120V。旋转磁场由旋转磁场发生装置产生，该装置的结构如图1所示包括定子绕组线圈1、垫块2和三相调压器5，垫块2位于定子绕组线圈1中，在垫块2的凹槽上固定金属模具4，金属模具4内浇铸有硼镁复合液3。金属模具4可由不锈钢制成。三相调压器5由导线与定子绕组线圈1相连。旋转磁场处理过程是通过异步电动机的定子绕组线圈l产生旋转交变电磁场，通过三相调压器5输入不同的电压来改变励磁电流的大小，使磁场强度发生改变，从而改变电磁力大小，以此调节硼镁复合液3的旋转速度，使硼镁复合液在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模，即得耐腐蚀性能提高的AZ91D镁合金。下面结合实施例对本发明进一步阐明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1:将镁合金AZ91D置于柑埚中，放入石墨坩埚内，在井式坩埚电阻炉加热熔炼，当炉腔温度升至600'C时，通入C02+SF6混合气体进行保护，继续升温至720'C时，以A1-4B(质量分数，。/。)中间合金的形式向合金液中添加质量分数为0.02%的B，搅拌均匀并保温静置10min，待温度降至685。C时将镁合金浇铸到金属型模具中(预热至35(TC)，模具放置在旋转磁场发生装置内。浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，电流频率为50HZ，调节励磁电压为50V。合金在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模即可。AZ91D合金的化学成分见表1。图2为不同处理后的AZ91D镁合金在3.5%NaCl水溶液中的浸泡失重随时间变化的情况。由该图可知在相同时间内，经过本发明方法处理后的AZ91D合金的失重量远小于未经处理的。随着时间的增加，两种合金的失重量都增加，但经过处理的AZ91D合金的失重曲线明显更加平缓一些。因此经过本发明方法处理后的AZ91D合金具有更好的耐腐蚀性能。图3为动电位扫描极化曲线，由该图可知经过本发明方法处理后的AZ91D合金的自腐蚀电位为-1.50V,相对于未经处理的AZ91D合金的自腐蚀电位-1.59V，上升了5.36%(参照图3)。这表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的耐腐蚀性明显高于未处理的AZ91D合金的耐腐蚀性，与静态浸泡实验的结果一致。实施例2:将AZ91D镁合金置于坩埚中，放入石墨坩埚内，在井式坩埚电阻炉加热熔炼，当炉腔温度升至60(TC时，通入C02+SF6混合气体进行保护，继续升温至73(TC时，以A1-4B(质量分数，％)中间合金的形式向合金液中添加质量分数为0.05。/。的B，搅拌均匀并保温静置15min，待温度降至69(TC时将镁合金浇铸到金属型模具中(预热至30(TC)，模具放置在旋转磁场发生装置内。浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，电流频率为50HZ，调节励磁电压为IOOV。合金在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模即可。动电位极化扫描实验表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的自腐蚀电位为-1.48V,相对于未经处理的AZ91D合金的自腐蚀电位-1.59V，上升了6.43%。这表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的耐腐蚀性明显高于未处理的AZ91D合金的耐腐蚀性。实施例3:将AZ91D镁合金置于坩埚中，放入石墨坩埚内，在井式坩埚电阻炉加热熔炼'当炉腔温度升至59(TC时，通入C02+SF6混合气体进行保护，继续升温至73(TC时，以A1-4B(质量分数，％)中间合金的形式向合金液中添加质量分数为0.03%的B，搅拌均匀并保温静置20min，待温度降至69(TC时将镁合金浇铸到金属型模具中(预热至300°C)，模具放置在旋转磁场发生装置内。浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，电流频率为50HZ，调节励磁电压为120V。合金在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模即可。动电位极化扫描实验表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的自腐蚀电位为-1.46V,相对于未经处理的AZ91D合金的自腐蚀电位-1.59V，上升了8.18%。这表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的耐腐蚀性明显高于未处理的AZ91D合金的耐腐蚀性。实施例4:将AZ91D镁合金置于坩埚中，放入石墨坩埚内，在井式坩埚电阻炉加热熔炼，当炉腔温度升至610。C时，通入C02+SF6混合气体进行保护，继续升温至73(TC时，以A1-4B(质量分数，％)中间合金的形式向合金液中添加质量分数为0.01%的B，搅拌均匀并保温静置15min，待温度降至69(TC时将镁合金浇铸到金属型模具中(预热至30(TC)，模具放置在旋转磁场发生装置内。浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，电流频率为50HZ，调节励磁电压为70V。合金在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模即可。动电位极化扫描实验表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的自腐蚀电位为-1.51V,相对于未经处理的AZ91D合金的自腐蚀电位-1.59V，上升了5.03%。这表明经过本发明方法处理后的AZ91D合金的耐腐蚀性明显高于未处理的AZ91D合金的耐腐蚀性。附表表lAZ91D合金的化学成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1.一种提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征是采用包括以下步骤的方法硼复合处理先对AZ91D镁合金锭进行加热熔炼，然后在590～610℃时通入CO2+SF6混合气体进行保护，继续升温至720～740℃时以Al-4B中间合金的形式向镁合金液中添加硼，再搅拌均匀并保温静置获得硼镁复合液，待温度降至680～700℃时将硼镁复合液浇铸到预热为200～400℃的金属模具中，该模具放置在旋转磁场中；旋转磁场处理硼镁复合液浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，使硼镁复合液在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模，即得耐腐蚀性能提高的AZ91D镁合金。2.根据权利要求1所述的提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征是将AZ91D镁合金锭放入石墨坩埚内，并且在井式坩埚电阻炉加热熔炼。3.根据权利要求1所述的提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征是在添加硼时，应使硼的添加量为占镁合金液的质量分数0.0050.05%。4.根据权利要求1所述的提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征是保温静置时间为1030min。5.根据权利要求1所述的提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征是启动旋转磁场后，其工艺参数为电流频率为50HZ，调节励磁电压为50120V。全文摘要本发明是一种提高AZ91D镁合金耐腐蚀性能的方法，具体是先对AZ91D镁合金锭进行加热熔炼，然后在590～610℃时通入CO<sub>2</sub>+SF<sub>6</sub>混合气体进行保护，继续升温至720～740℃时以Al-4B中间合金的形式向镁合金液中添加硼，再搅拌均匀并保温静置获得硼镁复合液，待温度降至680～700℃时将硼镁复合液浇铸到预热为200～400℃的金属模具中，该模具放置在旋转磁场中；硼镁复合液浇铸完毕后，立即通电启动旋转磁场，使硼镁复合液在旋转磁场作用下凝固，室温下冷却，凝固结束后关闭旋转磁场发生装置，脱模即可。本发明具有无污染，能耗低，镁合金晶粒明显细化的优点，能提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能。文档编号C22C1/02GK101265526SQ200810047500公开日2008年9月17日申请日期2008年4月29日优先权日2008年4月29日发明者林华,李继高,许小芳,金亚旭申请人:武汉理工大学