专利名称：一种耐蚀镁合金的制作方法
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；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；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AZ91合金的性能缺点，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AZ91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镁合金，其组成成分和质量百分比为AZ91-镉镁合金(Al为8. 5 9. 5 %，Zn 为 0. 5 0. 9 %，Mn 为 0. 2 0. 4%, CdO. 3 5 %，杂质元素 Fe ≤ 0. 02%, Cu ≤ 0. 002%, Si ≤0.01%, Ni ≤0.002%，余量为镁)。选用AZ91基合金及纯镉锭作为 原材料。本发明提供的含镉的耐蚀镁合金的制备方法，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730 740°C时加 入镉锭，镉锭预先加热到20(TC，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AZ91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1恒电位下电流密度随电位变化曲线；其中，(a)图为稳态极化曲线；(b)图为 计算与实测电流密度差值。
具体实施例方式实施例1 :AZ91+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A18. 5%, ZnO. 9%, Mn 0. 3%,Cd 0.9%，杂质元素 Fe 0. 012%,Cu 0. 0016%,Si 0. 005%，Ni0. 0011%，余量为 Mg ；选用AZ91基合金及镉锭(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。实施例2 :AZ91+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A19. 5%, ZnO. 5%, Mn 0. 2%,Cd 1.7%，杂质元素 Fe 0. 013%,Cu 0. 0014%,Si 0. 008%，Ni0. 0015%，余量为 Mg ；选用AZ91基合金及镉锭(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。实施例3 :AZ91+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A1 9. 0%,Zn0. 7%, Mn 0. 4%,Cd 2.4%，杂质元素 Fe 0. 018%,Cu 0. 0012%,Si 0. 005%，Ni0. 0010%，余量为 Mg ；选用AZ91基合金及镉锭(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。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15X10X3mm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 · cnT2 · 腐蚀速度=(W0-W1)/ (A*t)式中Wtl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AZ91浸泡实验测定的腐蚀速度。表 权利要求
1.一种耐蚀镁合金，其特征在于按质量百分比，主要含有Cd 0. 3 5%，A18. 5 9. 5 %, Zn 0. 5 0. 9 %，Mn 0. 2 0. 4 %，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所述的耐蚀镁合金，其特征在于按质量百分比，Cd含量为1.0 2· 1 % ο
3.按照权利要求1所述的耐蚀镁合金，其特征在于按质量百分比，Cd含量为0.7 1. 6%。
4.按照权利要求1所述的耐蚀镁合金，其特征在于按质量百分比，Cd含量为1.4 5%。
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，其组成成分为Cd 0.3～5％，Al 8.5～9.5％，Zn 0.5～0.9％，Mn 0.2～0.4％，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AZ91，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C22C23/02GK102108464SQ20091024868
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