一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金及制备方法，属于镁合金材料【技术领域】。该稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金由铝、锌、钕、钇和镁组成。其制备过程包括用纯金属为原料在真空熔炼炉内熔炼成镁合金铸锭；然后将获得的铸锭在管式炉内进行均匀化退火处理；随后在挤压机上进行热挤出变形得到耐腐蚀性变形镁合金。本发明的优点，在镁合金中添加了Nd和Y稀土元素，使AZ31镁合金的耐腐蚀性能大大提高，同时稀土元素的加入大大提高了AZ31镁合金的力学性能，从而扩大了该镁合金的应用范围。
【专利说明】一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金，属于镁合金材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]金属镁及其合金是迄今在工程中应用的最轻的结构材料。常规镁合金比铝合金轻30%~50%，比钢铁轻70%以上，应用在工程中可大大减轻结构件质量。同时，镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，具有优良的力学性能，特别适用于轻质结构件。随着航空航天、汽车轻量化、通信产品及消费电子类产品等领域的高速发展，大大刺激了镁行业的发展。然而在常用工程结构用金属材料中，镁的标准电极电位最低(OMg2+/Mg=-2.37V)，铝、铜、铁的标准电极电位分别为-1.56V、+0.34V、-0.44V。在干燥的大气中，镁表面可以形成氧化物膜，对基体有一定的保护作用，但由于氧化镁膜疏松多孔，镁及镁合金耐蚀性较差，呈现出很高的化学和电化学活性。在潮湿的环境中，特别是氯离子存在的条件下，镁合金发生严重腐蚀。
[0003]由于镁合金的耐蚀性较差，致使该金属难以满足使用环境的需要，大大限制了镁合金制品的应用范围。目前镁合金多采用涂镀层及阳极化等表面处理方法提高其耐蚀性。尽管采用涂料方法对金属有一定的保护效果，但由于高分子涂料与基体金属的结合强度不佳，容易脱落失去防腐效果，而且多数高分子材料容易造成环境污染。阳极氧化法生成的耐蚀性氧化膜层也可作为保护膜提高镁合金耐蚀性，但氧化膜多为疏松结构、多孔，一旦有破损，会加速镁合金的腐蚀。而通过合金化，向镁合金中添加能提高其耐蚀性的合金元素可以从本质上完善合金组织，稳定长久的提高耐蚀性。
[0004]早期已经有诸多的研究表明，稀土元素作为微合金化元素，加入到镁合金中可以提高镁合金的铸造性能，也可以与热处理结合使用提高合金力学性能，还可以用来在镁合金表面形成比MgO更致密的保护膜，提高合金的耐高温性和耐腐蚀性，并且稀土元素以化合物形式存在，不会对产品造成污染。
[0005]段汉桥等人研究了 AZ91合金在添加稀土元素后在NaCl溶液中的腐蚀规律，结果表明稀土元素显著提高了 AZ91合金在NaCl溶液中的耐腐蚀性能；张勇等人研究稀上铈对AZ91镁合金表面的渗入及其耐腐蚀性能的影响中发现，稀土铈是以化合态的形式存在于表层，渗入的稀土元素铈起到净化合金表面、微合金化的作用。AZ91镁合金均匀腐蚀速率由1.850mg/m2.s降为0.876mg/m2.s,显著提高了 AZ91镁合金的耐腐蚀性能。
[0006]AZ31镁合金是目前商用镁合金中应用最广泛的变形镁合金之一，具有成本低、力学性能较强等优点，尽管对其组织和性能的研究较多，但都没有涉及抗腐蚀性能的研究，如果在提高性能的基础上提高AZ31镁合金的抗腐蚀性能，将会大大提高其应用领域范围。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金及制备方法，所述的稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金比AZ31镁合金耐蚀性能高，同时大大提高了镁合金的强塑性，利于镁合金制品的成型加工，可以进一步扩大镁合金的应用范围。
[0008]本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金，其特征在于，该稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金由下列组分及质量含量所组成:铝:2.86-2.92%、锌:0.92-0.96%、钕:0.5-1.02%、钇:0.5-1.24%，其余为镁，上述各组分质量百分含量之和为100%。
[0009]上述的稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金及其制备方法，其特征在于包括以下过程:
(1).熔炼稀土镁合金铸锭
按照该镁合金组分及百分含量为:铝:2.86-2.92%、锌:0.92-0.96%、钕:0.5-1.02%、钇:0.5-1.24%，其余为镁，将纯金属Mg、Al、Zn、Nd和Y加入真空熔炼炉中，充氩气保护，升温至740°C使金属熔融，采用热模带电浇铸法浇注于铁模内，获得镁合金铸锭；
(2).对所得镁合金铸锭进行均匀化退火处理将步骤(1)所制得的镁合金铸锭置于管式炉中，炉内通Ar气保护，在420°C下保温12小时，随炉冷却到室温，得到均匀化退火处理的镁合金；
(3).将均匀化退火处理的镁合金进行热挤压变形
将步骤(2)所制得的均匀化退火的镁合金在400°C保温40分钟，挤压筒预热至300°C，在200t的卧式挤压机上进行热挤压变形，挤压比(36-56):1，得到稀土元素合金化的耐蚀
性变形镁合金。
[0010]本发明的优点，在镁合金中添加了 Nd和Y稀土元素，使AZ31镁合金的耐腐蚀性能大大提高，同时稀土元素的加入大大提高了 AZ31镁合金的力学性能，从而扩大了该镁合金的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为实施例1所制的得镁合金AZ31-lNd-lY和实施例2所制得的镁合金AZ31-0.5Nd-0.5Y及对比例所制的得镁合金AZ31的电化学极化曲线图。
[0012]图2为实施例1所制的得镁合金AZ31-lNd_lY和实施例2所制得的镁合金AZ31-0.5Nd-0.5Y及对比例所制的得镁合金AZ31的室温拉伸应力-应变曲线图。
[0013]图3为实施例1所制的得镁合金AZ31-lNd_lY和对比例所制的得镁合金AZ31的电化学腐蚀形貌SEM照片。
【具体实施方式】
[0014]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明，这些实例只用于说明本发明，并不限制本发明。
[0015]实施例1
取纯金属 Al:29g, Zn:9.5g，Nd:10.2g，Y:12.4g，Mg:938.9g 加入真空熔炼炉中，充氩气保护，升温至740°C使金属熔融，采用热模带电浇铸法浇注于铁模内，获得直径为60_的镁合金铸锭；将直径60mm的镁合金铸锭利用管式炉进行均匀化退火处理，退火温度为420°C，保温时间为12小时，随炉冷却到室温；随后进行热挤压变形，在箱式电阻炉中400°C下保温40分钟，同时挤压筒预热至300°C，在200t挤压机上快速进行热挤出成型，材料由直径60mm变为直径8mm ；
实施例2
称取纯金属 Al:29.lg，Zn:9.6g，Nd:5.4g，Y:4.7g，Mg:951.2g，加入真空熔炼炉中，充氩气保护，升温至740°C使金属熔融，采用热模带电浇铸法浇注于铁模内，获得直径为60_的镁合金铸锭；将直径60mm的镁合金铸锭利用管式炉进行均匀化退火处理，退火温度为420°C，保温时间为12小时，随炉冷却到室温；随后进行热挤压变形，在箱式电阻炉中400°C下保温40分钟，同时挤压筒预热至300°C，在200t挤压机上快速进行热挤出成型，材料由直径60mm变为直径8mm ；
对比例:
称取纯金属Al:28.6g，Zn:9.2g，Mg:962.2g，按照实施例1的方法步骤制的未添加稀土元素的AZ31镁合金进行均匀化退火、热挤压变形，获得用来与该发明的稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金作对比的镁合金铸锭。
[0016]将实施例1所制的得镁合金AZ31-lNd-lY和实施例2所制得的镁合金AZ31-0.5Nd-0.5Y及对比例所制的得镁合金AZ31进行腐蚀性能测试和室温拉伸性能对比如下。
[0017]具体操作过程为:用砂纸将其中一面打磨直到没有可见划痕为止，其它面用硅橡胶涂封，采用Reference 600电化学工作站测量以3.5%NaCl溶液为腐蚀介质的电化学极化曲线，其中电位扫描区间为Ecorr-250mV~Ecorr+250mV，扫描速度为0.5mV/s,获得电化学极化曲线图，如图1所 示。通过对比可以看出，实施例1获得的镁合金AZ31-lNd-lY腐蚀电位较高，腐蚀电流密度较小，耐腐蚀性能比AZ31强。
[0018]将实施例1、实施例2以及对比例获得的镁合金加工成标准拉伸试样，在万能试验机上进行室温拉伸实验，拉伸速度为lmm/min。试样变形量由引伸计直接读出，获得抗拉强度、屈服强度、延伸率等性能参数，并绘制应力-应变曲线图，如图2所示。通过对比可以看出，实施例1及实施例2获得的镁合金强度比现有镁合金AZ31的强度更高，延伸率比AZ31镁合金的更高。
【权利要求】
1.一种稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金，其特征在于，该稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金由下列组分及质量含量所组成:铝:2.86-2.92%、锌:0.92-0.96%、钕:0.5-1.02%、钇:0.5-1.24%，其余为镁，上述各组分质量百分含量之和为100%。
2.一种按权利要求1所述的稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金的制备方法，其特征在于包括以下过程: (1).熔炼稀土镁合金铸锭按照该镁合金组分及百分含量为:铝:2.86-2.92%、锌:0.92-0.96%、钕:0.5-1.02%、钇:0.5-1.24%，其余为镁，将纯金属Mg、Al、Zn、Nd和Y加入真空熔炼炉中，充氩气保护，升温至740°C使金属熔融，采用热模带电浇铸法浇注于铁模内，获得镁合金铸锭；(2).对所得镁合金铸锭进行均匀化退火处理将步骤(1)所制得的镁合金铸锭置于管式炉中，炉内通Ar气保护，在420°C下保温12小时，随炉冷却到室温，得到均匀化退火处理的镁合金；(3).将均匀化退火处理的镁合金进行热挤压变形将步骤(2)所制得的均匀化退火的镁合金在400°C保温40分钟，挤压筒预热至300°C，在200t的卧式挤压机上进行热挤压变形，挤压比(36-56):1，得到稀土元素合金化的耐蚀性变形镁合金。
【文档编号】C22F1/06GK103643098SQ201310606245
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】师春生, 李文文, 赵乃勤, 何春年, 刘恩佐, 李家俊 申请人:天津大学