一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法
【专利摘要】本申请提供了一种镁合金复合材料，包括：镁合金；复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；所述镁合金包括：大于0小于等于2wt％的Zn，大于0小于等于2wt％的Ca，大于0小于等于2wt％的Sm，大于0小于等于6wt％的Y和余量的Mg；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。所述镁合金机械强度高，耐腐蚀性强；所述耐腐蚀层硬度高，耐腐蚀性强，与镁合金的结合性好。实验结果表明，本发明提供的镁合金复合材料的抗拉强度在400MPa以上，屈服强度在280MPa以上，延伸率大于7％，表面维氏硬度Hv0.2大于102，耐腐蚀层与镁合金的结合强度达5B级(ASTM)以上。
【专利说明】一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于合金领域，尤其涉及一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，具有密度小、比强度高、阻尼性好、电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、易回收等优点，在航空工业、汽车、机械设备、电子产品等领域有着非常广阔的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材料”。
[0003]我国是原镁生产和出口大国，但我国镁合金的研究和应用开发却相对滞后，其中一个重要的原因是镁合金的防腐蚀问题没有得到很好地解决。镁在所有工业金属材料中化学活性最高，在潮湿空气、含硫气氛和海洋大气中均会遭受严重的化学腐蚀。另外，镁的标准电极电位仅为-2.37V，会作为阳极与合金中的杂质反应，发生电偶腐蚀。因此，要扩大镁合金的使用范围，充分发挥其优越的性能，就必须提高镁合金的耐腐蚀性能。
[0004]现有技术中提高镁合金耐腐蚀性能的方法主要分为两种:(I)通过加入合金化元素减少镁合金中杂质的含量，并利用热变形加工改善合金组织和第二相的分布；(2)采用微弧氧化、电镀、化学镀、表面涂覆等表面处理工艺制备耐腐蚀性的防护涂层，该涂层可以避免镁合金基体与外界环境的直接接触，进而提高合金的耐腐蚀性能。但是，目前制备的镁合金的耐腐蚀性能依然较差。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金、镁合金复合材料及其制备方法，本发明提供的镁合金和镁合金复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
[0006]本发明提供了一种镁合金，包括以下组分:
[0007]大于O小于等于2wt%的Zn ；
[0008]大于O小于等于2wt%的Ca ；
[0009]大于O小于等于2wt%的Sm ；
[0010]大于O小于等于6￥七％的Y ;
[0011]余量的Mg。
[0012]优选的，包括0.2~^^%的Zn。
[0013]优选的，包括0.2~^^%的Ca。
[0014]优选的，包括0.2~^^%的Sm。
[0015]优选的，包括I~4wt %的Y。
[0016]本发明提供了一种镁合金复合材料，包括:
[0017]上述技术方案所述的镁合金；
[0018]复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；
[0019]所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。
[0020]优选的，所述耐腐蚀层中碳含量为25~70at%。
[0021]本发明提供了一种镁合金复合材料的制备方法，包括:
[0022]采用磁控溅射法在上述技术方案所述的镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到镁合金复合材料；
[0023]所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。
[0024]优选的，所述沉积耐腐蚀层的过程中使用的溅射气体为氩气，反应气体为甲烷。
[0025]优选的，所述甲烷与氩气的体积比为I~20:80o
[0026]与现有技术相比，本发明提供了一种镁合金，包括以下组分:大于O小于等于2wt %的Zn ;大于O小于等于2wt%的Ca ;大于O小于等于2wt%的Sm ;大于O小于等于6wt%的Y;余量的Mg。本发明提供的镁合金含有锌、钙、钇和钐元素。在镁合金中添加适量的锌元素能够提高镁合金的强度和硬度；在镁合金中添加适量的钙元素能够提高镁合金的耐腐蚀性能；在镁合金中添加适量的钇和钐元素可以强化镁合金细晶，降低有害杂质的阴极作用，提高镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。
[0027]本发明还提供了一种镁合金复合材料，包括:上述技术方案所述的镁合金；复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。本发明提供的镁合金复合材料在镁合金表面复合有致密的含有碳化铪、碳化钽或碳化锆的耐腐蚀层，具有良好的机械强度、耐腐蚀性和耐磨性，耐腐蚀层与合金基体的结合强度高，不易脱落。实验结果表明，本发明提供的镁合金复合材料的抗拉强度在400MPa以上，屈服强度在280MPa以上，延伸率大于7%，表面维氏硬度Hv0.2大于102，耐腐蚀层与镁合金的结合强度达5B级(ASTM)以上。该镁合金复合材料在3.5wt% NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为 1.0 ~5.0X l(T6A/cm2。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明实施例提供的镁合金复合材料生产工艺流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]本发明提供了一种镁合金，包括以下组分:
[0032]大于O小于等于2wt%的Zn ；
[0033]大于O小于等于2wt%的Ca ；
[0034]大于O小于等于2wt%的Sm ；
[0035]大于O小于等于6wt%的Y ；
[0036]余量的Mg。
[0037]本发明提供的镁合金包括Zn、Ca、Sm、Y和Mg。其中，所述Zn在镁合金中的含量为大于O小于等于2wt%,优选为0.2~Iwt%。Zn的加入可以和Mg形成MgZn相,提高镁合金的强度和硬度。
[0038]所述Ca在镁合金中的含量为大于O小于等于2wt%，优选为0.2~Iwt%。Ca的加入可以有效地减缓合金中Mg的腐蚀，提高镁合金的耐腐蚀性能。
[0039]所述Sm在镁合金中的含量为大于O小于等于2wt%，优选为0.2~Iwt%。所述Y在镁合金中的含量为大于O小于等于6wt%，优选为I~4wt%。Sm和Y加入到镁合金中可以净化合金熔体，细化合金组织，提高合金力学性能。同时，Sm和Y能够降低镁合金中有害杂质(铁、镍等)的阴极作用，从而提高镁合金基体的耐腐蚀性。另外，Sm和Y的加入使镁合金表面形成更加致密的腐蚀产物膜，可以有效抑制合金的进一步腐蚀。
[0040]本发明所提供的镁合金可以按照以下步骤制备得到:
[0041]首先将Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源熔融混合，得到合金熔体，然后将所述合金熔体依次经过铸造、机械加工和压力加工，得到镁合金。
[0042]所述Mg源优选为镁单质、Mg-Ca中间合金、Mg-Sm中间合金和Mg-Y中间合金中的一种或多种，更优选为镁单质；所述Zn源优选为锌单质；所述Ca源优选为钙单质和/或Mg-Ca中间合金，更优选为Mg-Ca中间合金，所述Mg-Ca中间合金中Ca含量优选为20~40wt %,更优选为25~35wt% ;所述Sm源优选为衫单质和/或Mg-Sm中间合金,更优选为Mg-Sm中间合金,所述Mg-Sm中间合金中Sm含量优选为10~30wt%,更优选为15~25wt%;所述Y源优选为钇单质、Mg-Y中间合金和富Y混合稀土中的一种或多种，更优选为Mg-Y中间合金，所述Mg-Y中间合金中Y含量优选为10~30wt%，更优选为15~25wt%。
[0043]本发明优选在制备镁合金之前对所述Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源进行表面清理，表面清理的方法具体为用去离子水冲洗，烘干。
[0044]将表面清理后的Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源熔融混合，该过程具体为:
[0045]在保护气体的作用下，首先将Mg源加热熔融，得到Mg熔体，然后向Mg熔体中加入Zn源、Ca源、Sm源和Y源，搅拌均匀并静置，得到合金熔体。所述保护气体优选为CO2和SF6的混合气体，所述CO2和SF6的体积比优选为30~50:1 ;所述熔融的温度优选为730~800°C，更优选为740~760°C ;所述静置的时间优选为10~30min。
[0046]本发明优选在所述Zn源、Ca源、Sm源和Y源加入Mg熔体之前对Zn源、Ca源、Sm源和Y源进行预热，且当Ca源是钙单质时不需要对Ca源预热。所述预热的温度优选为250~350°C，更优选为290~310°C ;所述预热的时间优选为0.5~2h。
[0047]本发明对所述熔融混合的设备没有特别限制，可采用本领域技术人员熟知的井式电阻炉。
[0048]得到合金熔体后，本发明将所述合金熔体进行铸造，得到合金锭。本发明优选先将所述合金熔体降温至710~725°C，再进行铸造。
[0049]铸造后，对得到的合金锭进行机械加工，得到合金板材。本发明对所述机械加工的工艺和参数没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的机械加工的工艺和参数即可。
[0050]本发明优选在机械加工前对合金锭进行均匀化处理和水淬。所述均匀化处理的温度优选为350~500°C，更优选为400~450°C ;所述均匀化处理的时间优选为2~48h，更优选为8~24h ;所述水淬的温度优选为60~80°C。
[0051]机械加工后，对得到的合金板材进行压力加工，以进一步增强镁合金的力学性能。本发明对所述压力加工的方法没有特殊限定，优选为热轧或热挤压，更优选为热轧。所述热轧的温度优选为360~400°C;所述热轧的压制速率优选为50~300mm/s ;所述热轧的总压下量优选为40~90%;所述热轧的每道次压下量优选为8~10%;所述热轧的相邻道次之间的退火时间优选为10~20min。
[0052]压力加工后，得到镁合金。本发明优选对压力加工后的镁合金进行去应力退火，所述去应力退火的温度优选为100~300°C，更优选为150~250°C ;所述去应力退火的时间优选为0.5~6h,更优选为I~4h。
[0053]本发明提供的镁合金包括Zn、Ca、Sm、Y和Mg，具备优异的耐腐蚀性能和良好的机械性能。
[0054]本发明提供了一种镁合金复合材料，包括:
[0055]上述技术方案所述的镁合金；
[0056]复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层；
[0057]所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。
[0058]本发明提供的镁合金复合材料以镁合金为基材，在其表面复合有耐腐蚀层。所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。所述耐腐蚀层均匀、致密，可以有效提高镁合金的耐腐蚀性和表面硬度。
[0059]本发明提供的镁合金复合材料包括复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层，所述耐腐蚀层中含有碳化铪、碳化钽或碳化锆，优选含有碳化铪。所述耐腐蚀层中碳含量优选为25~70at%,更优选为40~60at%;所述耐腐蚀层的厚度优选为I~10 μ m,更优选为3~5 μ m0
[0060]本发明提供的镁合金复合材料包括镁合金和复合在镁合金表面的耐腐蚀层，所述镁合金机械强度高，耐腐蚀性强；所述耐腐蚀层硬度高,耐腐蚀性强,与镁合金的结合性好。实验结果表明，本发明提供的镁合金复合材料的抗拉强度在400MPa以上，屈服强度在280MPa以上，延伸率大于7%，表面维氏硬度Hv0.2大于102，耐腐蚀层与镁合金的结合强度达5B级(ASTM)以上。该镁合金复合材料在3.5wt% NaCl溶液中腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0~5.0X l(T6A/cm2。
[0061]本发明提供了一种镁合金复合材料的制备方法，包括:
[0062]采用磁控溅射法在上述技术方案所述的镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到镁合金复合材料；
[0063]所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。
[0064]本发明采用磁控溅射法制备镁合金复合材料，该过程具体包括:
[0065]将所述镁合金作为基底放入磁控溅射设备内，向磁控溅射设备内通入溅射气体和反应气体的混合气体，以碳化铪、碳化钽、碳化锆、铪、钽或锆为溅射靶，在所述基底表面沉积耐腐蚀层，得到镁合金复合材料。所述溅射气体优选为氩气；所述反应气体优选为甲烷；所述甲烷与氩气的体积比优选为I~20:80。在磁控溅射过程中，溅射压强优选为0.2~2Pa ;偏压力优选为-250~-100V ;溅射电流密度优选为0.01~0.02A/cm2 ;靶基距优选为50~80_ ;基底温度优选为25~250°C，更优选为100~200°C。
[0066]在沉积耐腐蚀层之前，优选对所述镁合金表面进行脱脂和酸洗，以去除镁合金表面的污垢。
[0067]在镁合金表面完成耐腐蚀层的沉积后，本发明优选对其进行真空退火，从而去除镁合金与耐腐蚀层之间的界面应力，并释放部分耐腐蚀层中的残余应力。所述真空退火的温度优选为130~170°C，更优选为140~160°C ;所述真空退火的时间优选为0.5~3h，更优选为0.5~1.5h。
[0068]本发明提供的镁合金复合材料的制备方法能够在镁合金表面制备出一层兼具高耐腐蚀性和良好耐磨性的耐腐蚀层，该耐腐蚀层与镁合金的结合强度高，不易脱落。
[0069]下面结合附图对本发明提供的镁合金复合材料的制备方法进行详细介绍，参见图1，图1为本发明实施例提供的镁合金复合材料生产工艺流程图，其步骤为:首先将Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源熔融混合，得到镁合金熔体，接着将所述镁合金熔体铸锭，得到合金锭，然后将所述合金锭通过机械加工制成板材，之后对板材进行热轧处理，最后通过磁控溅射在热轧处理后的镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到镁合金复合材料。
[0070]所述Mg源、Zn源、Ca源、Sm源和Y源的来源以及各个步骤的具体工艺参数与上述技术方案一致，在此不再赘述。
[0071]为更清楚起见，下面通过以下实施例对本发明进行详细说明。
[0072]实施例1
[0073]用无水乙醇对纯度99.6%的Mg、纯度99.5%的Zn、纯度98.0%的Mg_20wt% Y中间合金、纯度98.0%的Mg-30wt% Ca中间合金和纯度98.0%的Mg_20wt% Sm中间合金进行表面清理，并用去离子水冲洗、烘干。
[0074]将上述烘干后的Mg-20wt% Y中间合金、Mg-30wt% Ca中间合金、Mg-20wt% Sm中间合金和Zn在300°C条件下预热。
[0075]将上述烘干后的Mg 4700g放入井式电阻炉中，通入C02+SF6(40:1)的混合气体，在750°C条件下加热。待Mg完全熔化后，加入预热Ih的上述Zn 1g, Mg-20wt% Y中间合金250g、Mg-30wt% Ca中间合金34g和Mg_20wt% Sm中间合金50g，搅拌均匀，静置20分钟，降温至720°C浇铸到45#钢永久型模具中，得到铸态合金。
[0076]对铸态合金在400°C进行8h的均匀化处理，并进行70°C水淬。然后通过机械加工制备出200X300X10mm3的板材，在360°C对板材进行轧制，总压下量为90%，每道次压下量为10%，轧制速率为300mm/s，相邻道次之间的退火时间为10分钟。轧制后对合金在150°C进行 Ih 的去应力退火，得到成分为 Mg-lwt% Y-0.2wt% Zn-0.2wt% Ca-0.2wt% Sm的镁合金。
[0077]对上述镁合金进行表面脱脂、酸洗，然后将所述镁合金作为基底放入磁控溅射设备内，向磁控溅射设备内通入Ar+CH4(95:5)的混合气体，设置溅射压强为0.2Pa，偏压为-100V，溅射电流密度为0.01A/cm2，基底温度为100°C，靶基距为60mm，以碳化铪为溅射革巴，在镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到耐腐蚀层厚度3 μ m、耐腐蚀层C含量32at %的镁合金复合材料。
[0078]对得到的镁合金复合材料在150°C进行Ih真空退火，去除合金与耐腐蚀层的界面应力，并释放部分耐腐蚀层中的残余应力。
[0079]对上述真空退火后的镁合金复合材料进行性能测试，结果表明，该镁合金复合材料的室温抗拉强度和屈服强度分别为400~420MPa和280~300MPa，延伸率为12~15%，耐腐蚀层与合金的结合强度达到5B级(ASTM)以上，表面维氏硬度Hv0.2 = 102~103。该镁合金复合材料在3.5wt % NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0~5.0X 10 6A/cm2。
[0080] 实施例2
[0081 ] 用无水乙醇对纯度99.6 %的Mg、纯度99.5 %的Zn、纯度98.0 %的Mg_20wt % Y中间合金、纯度98.0%的Mg-30wt% Ca中间合金和纯度98.0%的Mg_20wt% Sm中间合金进行表面清理，并用去离子水冲洗、烘干。
[0082]将上述烘干后的Mg-20wt% Y中间合金、Mg-30wt% Ca中间合金、Mg-20wt% Sm中间合金和Zn在300°C条件下预热。
[0083]将上述烘干后的Mg 3600g放入井式电阻炉中，通入C02+SF6(40:1)的混合气体，在750°C条件下加热。待Mg完全熔化后，加入预热Ih的上述Zn 50g、Mg-20wt% Y中间合金100g, Mg-30wt% Ca中间合金167g和Mg_20wt% Sm中间合金250g，搅拌均匀，静置20分钟，降温至720°C浇铸到45#钢永久型模具中，得到铸态合金。
[0084]对铸态合金在450°C进行24h的均匀化处理，并进行70°C水淬。然后通过机械加工制备出200X300X 1mm3的板材，在400°C对板材进行轧制，总压下量为40%，每道次压下量为8%，轧制速率为50mm/s，相邻道次之间的退火时间为20分钟。轧制后对合金在250°C进行4h的去应力退火,得到成分为Mg-4wt% Y-1wt% Zn-1wt% Ca-1wt% Sm的镁合金。
[0085]对上述镁合金进行表面脱脂、酸洗，然后将所述镁合金作为基底放入磁控溅射设备内，向磁控溅射设备内通入Ar+CH4(92:8)的混合气体，设置溅射压强为1.0Pa，偏压为-200V，溅射电流密度为0.02A/cm2，基底温度为200°C，靶基距为80mm，以碳化铪为溅射革巴，在镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到耐腐蚀层厚度5 μ m、耐腐蚀层C含量58at %的镁合金复合材料。
[0086]对得到的镁合金复合材料在250°C进行4h真空退火，去除合金与耐腐蚀层的界面应力，并释放部分耐腐蚀层中的残余应力。
[0087]对上述真空退火后的镁合金复合材料进行性能测试，结果表明，该镁合金复合材料的室温抗拉强度和屈服强度分别为440~450MPa和340~350MPa，延伸率为7~8%，耐腐蚀层与合金的结合强度达到5B级(ASTM)以上，表面维氏硬度Hv0.2 = 102~103。该镁合金复合材料在3.5wt % NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0~5.0X 10 6A/cm2。
[0088]实施例3
[0089]用无水乙醇对纯度99.6%的Mg、纯度99.5%的Zn、纯度98.0%的Mg_20wt% Y中间合金、纯度98.0%的Mg-30wt% Ca中间合金和纯度98.0%的Mg_20wt% Sm中间合金进行表面清理，并用去离子水冲洗、烘干。
[0090]将上述烘干后的Mg-20wt% Y中间合金、Mg-30wt% Ca中间合金、Mg-20wt% Sm中间合金和Zn在300°C条件下预热。
[0091]将上述烘干后的Mg 4270g放入井式电阻炉中，通入C02+SF6(40:1)的混合气体，在750°C条件下加热。待Mg完全熔化后，加入预热Ih的上述Zn 25g、Mg-20wt% Y中间合金500g,Mg-30wt% Ca中间合金84g和Mg_20wt% Sm中间合金125g，搅拌均匀，静置20分钟，降温至720°C浇铸到45#钢永久型模具中，得到铸态合金。
[0092]对铸态合金在430°C进行16h的均匀化处理，并进行70°C水淬。然后通过机械加工制备出200X300X10mm3的板材，在380°C对板材进行轧制，总压下量为60%，每道次压下量为10%，轧制速率为150mm/s，相邻道次之间的退火时间为15分钟。轧制后对合金在200°C进行 2h 的去应力退火，得到成分为 Mg-2wt% Y-0.5wt% Zn-0.5wt% Ca-0.5wt% Sm的镁合金。
[0093]对上述镁合金进行表面脱脂、酸洗，然后将所述镁合金作为基底放入磁控溅射设备内，向磁控溅射设备内通入Ar+CH4(85:15)的混合气体，设置溅射压强为0.2Pa，偏压为-100V，溅射电流密度为0.01A/cm2，基底温度为100°C，靶基距为60mm，以碳化铪为溅射革巴，在镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到耐腐蚀层厚度3 μ m、耐腐蚀层C含量67at %的镁合金复合材料。
[0094]对得到的镁合金复合材料在200°C进行2h真空退火，去除合金与耐腐蚀层的界面应力，并释放部分耐腐蚀层中的残余应力。
[0095]对上述真空退火后的镁合金复合材料进行性能测试，结果表明，该镁合金复合材料的室温抗拉强度和屈服强度分别为420~430MPa和310~330MPa，延伸率为10~12%，耐腐蚀层与合金的结合强度达到5B级(ASTM)以上，表面维氏硬度Hv0.2 = 102~103。该镁合金复合材料在3.5wt% NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0~5.0X 10 6A/cm2。
[0096]实施例4
[0097]用无水乙醇对纯度99.6%的Mg、纯度99.5%的Zn、纯度99.0%的Y、纯度99.0%的Sm和纯度99.0%的Ca进行表面清理，并用去离子水冲洗、烘干。
[0098]将上述烘干后的Zn、Y和Sm在300°C条件下预热。
[0099]将上述烘干后的Mg 4920g放入井式电阻炉中，通入C02+SF6(40:1)的混合气体，在750°C条件下加热。待Mg完全熔化后，加入上述烘干后的Ca 1g和预热Ih的上述Zn 10g、Y 50g、Sm 10g，搅拌均匀，静置20分钟，降温至720°C浇铸到45#钢永久型模具中，得到铸态合金。
[0100]对铸态合金在400°C进行8h的均匀化处理，并进行70°C水淬。然后通过机械加工制备出200X300X10mm3的板材，在360°C对板材进行轧制，总压下量为90%，每道次压下量为10%，轧制速率为300mm/s，相邻道次之间的退火时间为10分钟。轧制后对合金在150°C进行 Ih 的去应力退火，得到成分为 Mg-lwt% Y-0.2wt% Zn-0.2wt% Ca-0.2wt% Sm的镁合金。
[0101]对上述镁合金进行表面脱脂、酸洗，然后将所述镁合金作为基底放入磁控溅射设备内，向磁控溅射设备内通入Ar+CH4(95:5)的混合气体，设置溅射压强为0.2Pa，偏压为-100V，溅射电流密度为0.01A/cm2，基底温度为100°C，靶基距为60mm，以碳化铪为溅射革巴，在镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到耐腐蚀层厚度3 μ m、耐腐蚀层C含量32at %的镁合金复合材料。
[0102]对得到的镁合金复合材料在150°C进行Ih真空退火，去除合金与耐腐蚀层的界面应力，并释放部分耐腐蚀层中的残余应力。
[0103]对上述真空退火后的镁合金复合材料进行性能测试，结果表明，该镁合金复合材料的室温抗拉强度和屈服强度分别为400~420MPa和280~300MPa，延伸率为12~15%，耐腐蚀层与合金的结合强度达到5B级(ASTM)以上，表面维氏硬度Hv0.2 = 102~103。该镁合金复合材料在3.5wt % NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0~
5.0X 10 6A/cm2。
[0104]实施例5
[0105]用无水乙醇对纯度99.0%的Mg、纯度99.5%的Zn、Y含量大于80wt%的富钇混合稀土(Ymm)、纯度98 %的Mg_30wt % Ca中间合金和纯度98 %的Mg_20wt % Sm中间合金进行表面清理，并用去离子水冲洗、烘干。
[0106]将上述烘干后的Zn、混合稀土、Mg-30wt% Ca中间合金和Mg-20wt% Sm中间合金在300°C条件下预热。
[0107]将上述烘干后的Mg 4860g放入井式电阻炉中，通入C02+SF6(40:1)的混合气体，在750°C条件下加热。待Mg完全熔化后,加入预热Ih的上述Zn 10g、富乾混合稀土 50g、Mg-30wt % Ca中间合金34g和Mg-20wt% Sm中间合金50g,搅拌均匀，静置20分钟，降温至720°C浇铸到45#钢永久型模具中，得到铸态合金。
[0108]对铸态合金在400°C进行8h的均匀化处理，并进行70°C水淬。然后通过机械加工制备出200X300X10mm3的板材，在360°C对板材进行轧制，总压下量为90%，每道次压下量为10%，轧制速率为300mm/s，相邻道次之间的退火时间为10分钟。轧制后对合金在150°C进行 Ih 的去应力退火，得到成分为 Mg-1wt % Ymm-Q.2wt% Zn-0.2wt% Ca-0.2wt% Sm的镁合金。
[0109]对上述镁合金进行表面脱脂、酸洗，然后将所述镁合金作为基底放入磁控溅射设备内，向磁控溅射设备内通入Ar+CH4(95:5)的混合气体，设置溅射压强为0.2Pa，偏压为-100V，溅射电流密度为0.01A/cm2，基底温度为100°C，靶基距为60mm，以碳化铪为溅射革巴，在镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到耐腐蚀层厚度3 μ m、耐腐蚀层C含量32at %的镁合金复合材料。
[0110]对得到的镁合金复合材料在150°C进行Ih真空退火，去除合金与耐腐蚀层的界面应力，并释放部分耐腐蚀层中的残余应力。
[0111]对上述真空退火后的镁合金复合材料进行性能测试，结果表明，该镁合金复合材料的室温抗拉强度和屈服强度分别为400~420MPa和280~300MPa，延伸率为12~15%，耐腐蚀层与合金的结合强度达到5B级(ASTM)以上，表面维氏硬度Hv0.2 = 102~103。该镁合金复合材料在3.5wt% NaCl溶液中的腐蚀电位为-1.3V，腐蚀电流密度为1.0~
5.0X 10 6A/cm2。
[0112]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种镁合金，包括以下组分: 大于O小于等于2?丨％的Zn ； 大于O小于等于2wt%的Ca ； 大于O小于等于2?丨％的Sm ； 大于O小于等于 余量的Mg。
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，包括0.2~Iwt%的Zn。
3.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，包括0.2~Iwt %的Ca。
4.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，包括0.2~Iwt %的Sm。
5.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，包括I~4?^%的Y。
6.一种镁合金复合材料，包括: 权利要求1~5任一项所述的镁合金； 复合在所述镁合金表面的耐腐蚀层； 所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。
7.根据权利要求6所述的镁合金复合材料，其特征在于，所述耐腐蚀层中碳含量为25 ~70at%。
8.一种镁合金复合材料的制备方法，包括: 采用磁控溅射法在权利要求1~5任一项所述的镁合金表面沉积耐腐蚀层，得到镁合金复合材料； 所述耐腐蚀层含有碳化铪、碳化钽或碳化锆。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述沉积耐腐蚀层的过程中使用的溅射气体为氩气，反应气体为甲烷。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述甲烷与氩气的体积比为I~20:80ο
【文档编号】C23C14/35GK104131204SQ201410409421
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】张洪杰, 佟立波, 文懋, 邱鑫, 张庆鑫, 孟健 申请人:中国科学院长春应用化学研究所