专利名称：耐蚀的镁合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐蚀镁合金，属于金属材料类领域。
背景技术：
镁合金是实用金属中最轻的金属材料，开发利用镁合金产品是当今世界发展的潮 流，已从航空航天业转向汽车、电子信息、民用家电等领域，具有广阔的应用前景和开发潜 力。镁合金具有一系列的优点，如具有高的比强度和比刚度，强度接近铝合金，但密度仅为 铝合金的2/3、钢的1/4 ；其弹性模量远大于比强度极高的纤维增强塑料，与高强度铝合金 和合金钢大致相同，而且可100%回收，符合环保法；还具有很好的阻尼性能和优良的切削 加工性能，其热导率仅次于铝合金且无磁性；另外，尺寸稳定性高，收缩率小，不易因环境温 度变化而改变。但镁合金也存在许多缺点，如在熔炼时容易燃烧，室温塑性差，力学性能较 低，不耐腐蚀等，这些在很大程度上限制了镁合金的推广应用。通过添加合金元素来改变镁合金中的相结构及各相自腐蚀电位，从而提高镁合金 的耐蚀性，是解决镁合金耐蚀性差的重要途径，也是最本质的方法。通过合金化来开发耐蚀 镁合金，使其能广泛应用于汽车、电子等民用工业，对我国的镁合金产业具有重大的现实意 义。
发明内容
为改进纯镁的性能缺点，本发明提供一种含镉的耐蚀镁合金，解决现有技术中存 在的熔炼时容易燃烧、室温塑性差、力学性能较低、不耐腐蚀等问题。在纯镁的基础上，通过 加入一定量镉进行合金化、改性化处理，使镁合金的耐蚀性能得到明显提高，符合轻合金材 料的发展方向，满足对未来工业对镁合金的需要。本发明的技术方案是一种耐蚀的镁合金，其组成成分和质量百分比为镁-镉合金(Cd 0.3 3%，杂 质元素 Fe 彡 0. 02%, Cu 彡 0. 002%, Si ^ 0. 01%, Ni ^ 0. 002%，Mg 余量)。所述Cd含量可以为1.0 2. ；所述Cd含量可以为0.3 1.6% ；所述Cd含量可以为1.4 3.0%。本发明提供的含镉的耐蚀镁合金的制备方法，选用纯镁及纯镉锭作为原材料，步 骤和条件如下按配比称量材料，将基合金预热到200°C后，放入到预热温度为300°C的低碳钢坩 锅中熔化，并通入SF6-CO2保护气体(SF6 CO2体积比为1 100)，待镁合金完全熔化、熔 体温度达到730 740V时加入镉锭，镉锭预先加热到200°C，然后连续搅拌，并通入SF6-CO2 保护气体，直至合金完全熔化，当温度达到710°C静置20分钟，并在700°C时进行浇注，最终 得到含镉的耐蚀镁合金。本发明的设计思想如下
由于镉析氢交换电流密度较低，且能与镁形成完全固溶体，加入镁合金中可以起 到降低阴极析氢电流密度、氢化物形成和合金化/微合金化的作用。在与镁形成二元相图 的合金元素中，Cd是唯一能与镁形成连续固溶体的元素，Mg-Cd二元系的凝固范围很小(最 大区间亦不足30°C )，在Cd含量小于10%时，凝固温度范围只有几摄氏度，这样便有利于新 型合金凝固范围的缩小，提高铸造性能。综合以上考虑，Cd成为满足改善合金的铸造工艺 性能的主要添加元素。相对稀土元素，镉在镁合金中的固溶度最大，且在冶炼过程中容易添加，价格相对 低廉，在纯镁基础上开发新型耐蚀镁合金，既提高镁合金的耐蚀性，又利于降低镁合金成 本。本发明的优点及有益效果如下1、在本发明的镁合金中，在提高合金纯度的同时，加入镉元素进一步降低负差数 效应、阴极析氢及氢化物生成，提高了合金的耐蚀性能。2、本发明中，镉在镁合金中的固溶度大，可起到固溶强化的作用，提高合金的强度。3、本发明中，镉的加入能降低金属材料中的有害微量金属如Fe、Cu、Ni含量，生成 熔点较高的二元或多元化合物，这些化合物可成渣析出，降低金属夹杂物在固态金属中的 危害性。
图l(a)-(b)为恒电位下电流密度随电位变化曲线；其中，图1(a)为稳态极化曲 线；图1(b)为计算与实测电流密度差值。
具体实施例方式实施例1 :Mg+Cd(Cd = 0. 9% )合金本实施例中，含镉的耐蚀镁合金的组成成分和质量百分比为Cd 0.9%，杂质 元素 Fe 0. 015%, Cu 0. 0015%, Si 0. 008%, Ni 0. 0015 %，Mg 余量；选用镁锭(纯度 99. 995wt% )及镉锭(纯度99. 995wt% )；合金腐蚀性能见表1，力学性能见表2，抑制氢化 物及负差数效应见图1。按配比称量材料，将纯镁预热到200°C后，放入到预热温度为300°C的低碳钢坩锅 中熔化，并通入SF6-CO2保护气体(SF6 CO2体积比为1 100)，待镁合金完全熔化、熔体 温度达到730 740°C时加入镉锭，镉锭预先加热到200°C ；然后连续搅拌，并通入SF6-(X)2 保护气体，直至合金完全熔化，当温度达到710°C静置20分钟，并在700°C时进行浇注，最终 得到含镉的耐蚀镁合金。实施例2 :Mg+Cd(Cd = 1. 7% )合金本实施例中，含镉的耐蚀镁合金的组成成分和质量百分比为Cd 1.7%，杂质 元素 Fe 0. 018%, Cu 0. 0016%, Si 0. 007%, Ni 0. 0012 %，Mg 余量；选用镁锭(纯度 99. 995wt% )及镉锭(纯度99. 995wt% )；合金腐蚀性能见表1，力学性能见表2，抑制氢化 物及负差数效应见图1。按配比称量材料，将纯镁预热到200°C后，放入到预热温度为300°C的低碳钢坩锅中熔化，并通入SF6-CO2保护气体(SF6 CO2体积比为1 100)，待镁合金完全熔化、熔体 温度达到730 740°C时加入镉锭，镉锭预先加热到200°C ；然后连续搅拌，并通入SF6-CO2 保护气体，直至合金完全熔化，当温度达到710°C静置20分钟，并在700°C时进行浇注，最终 得到含镉的耐蚀镁合金。实施例3 :Mg+Cd(Cd = 2.4%)合金本实施例中，含镉的耐蚀镁合金的组成成分和质量百分比为Cd 2.4%，杂质元素 Fe 0. 010%,Cu 0. 0013%, Si 0. 01%,Ni 0. 002%，Mg 余量；选用镁锭(纯度 99. 995wt% ) 及镉锭(纯度99. 995wt% )；合金腐蚀性能见表1，力学性能见表2，抑制氢化物及负差数效 应见图1。按配比称量材料，将纯镁预热到200°C后，放入到预热温度为300°C的低碳钢坩锅 中熔化，并通入SF6-CO2保护气体(SF6 CO2体积比为1 100)，待镁合金完全熔化、熔体 温度达到730 740°C时加入镉锭，镉锭预先加热到200°C ；然后连续搅拌，并通入SF6-CO2 保护气体，直至合金完全熔化，当温度达到710°C静置20分钟，并在700°C时进行浇注，最终 得到含镉的耐蚀镁合金。腐蚀试验实验腐蚀介质为3. 5wt% NaCl溶液，pH = 7，采用分析纯与蒸馏水配制。试验中， 将15 X 10 X 3mm的片状镁合金用金相砂纸打磨到3000#，抛光至0. 5mm。将试样浸入丙酮溶 液中，超声清洗5分钟后，用冷风吹干。随后用精度为万分之一克的电子天平进行称量，记 试样原始质量为Wc^每种合金取三个平行试样，分别浸泡在盛有溶液的烧杯中，一个烧杯 放一个试样。烧杯中溶液温度采用水浴加热控制在25士 1°C，试样表面积与溶液体积比为 1 100cm2/ml，浸泡3天后取出。试样表面的腐蚀产物参考国家标准GB/T16M5-1996《金属和合金的腐蚀腐蚀试样 上腐蚀产物的清除》，在沸腾的20wt%铬酸硝酸银的混合水溶液中清除腐蚀产物，然 后用酒精清洗，冷风吹干，再用电子天平进行称量，记为浸泡后质量Wp用以下公式计算腐 蚀速度(mg · cm_2 · (T)腐蚀速度=(Wtl-W1)/(A*t)式中，W0和W1分别是浸泡前的原始质量和经过三天浸泡后的质量(mg) ；A为试样 浸泡前的原始面积(cm2) ；t为浸泡时间(天)。每种合金的腐蚀速度实验结果为三个试样 的平均值。表1为本发明实施例1、2和3合金与Mg浸泡实验测定的腐蚀速度。表 1
合金成分腐蚀速度(mg · cnf2 · (Γ1)纯镁1. 52实施例10. 39实施例20. 44实施例30. 34
从表1可以看出，由于合金元素镉的加入使得纯镁的腐蚀速度明显降低，显著改 善了纯镁的耐蚀性。恒电位检测腐蚀介质采用摩尔浓度0. IM的NaCl溶液(pH = 7)，实验温度25°C。实验所 采用仪器为Potentiostat/feilvanostat 273A恒电位仪，采用恒电位仪测量_2. 2V/SCE 至-0. 8V/SCE时电流随时间的变化过程。图1给出了析氢、氢化物生成及负差数效应的电流曲线，从图1可以看出由于合金 元素镉的添加，明显降低了纯镁阴极析氢、氢化物生成及负差数效应。拉伸性能测试拉伸试验参考国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》。拉伸试样 为片状试样，标距为20mm，试样厚度为2mm。采用标距为IOmm的引伸计测定材料的延伸率。 表2为本发明实施例1、2和3合金与Mg的室温力学性能比较。表权利要求
1.一种耐蚀的镁合金，其特征在于按质量百分比，主要含有Cd 0.3 3%，杂质元素 Fe 彡 0. 02%, Cu 彡 0. 002%, Si ^ 0. 01%, Ni ^ 0. 002%，余量为镁。
2.按照权利要求1所述的耐蚀的镁合金，其特征在于按质量百分比，Cd含量为1.0 2.1%。
3.按照权利要求1所述的耐蚀的镁合金，其特征在于按质量百分比，Cd含量为0.3 1. 6%。
4.按照权利要求1所述的耐蚀的镁合金，其特征在于按质量百分比，Cd含量为1.4 3. 0%。
全文摘要
本发明涉及耐蚀镁合金，属于金属材料类领域。按质量百分比计，合金的组成成分为Cd 0.3～3％，杂质元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.002％，余量为镁。本发明的合金加入元素镉，能明显降低合金成本，避免稀土资源浪费，而该合金的力学性能及耐蚀性能优于纯镁，解决现有技术中存在的熔炼时容易燃烧、室温塑性差、力学性能较低、不耐腐蚀等问题。
文档编号C22C23/04GK102108466SQ20091024868
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者柯伟, 胥珊娜, 董俊华 申请人:中国科学院金属研究所