一种高强度耐腐蚀镁合金板材及其制备方法与流程

本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种高强度耐腐蚀镁合金板材，本发明还涉及上述镁合金板材的制备方法。

背景技术：

镁合金是目前工程应用中最轻的结构材料，同时具有高的比强度、比模量，良好的铸造及机加工性能，因此具有广泛的应用前景。但是相对于铝合金，镁合金的强度仍然较低，因此，许多研究将精力集中在提高镁合金强度上，而现有的高强度镁合金通常是在其中加入大量的重稀土元素如加入8％gd和1％er来提高屈服强度，但是大量加入重稀土元素使得合金成本大大提高，难以广泛应用，此外，镁合金由于具有低的电极电位以及腐蚀过程中所形成的氧化镁较为疏松等，其耐腐蚀性能极差，这是限制镁合金应用的另一种重要因素。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高强度耐腐蚀镁合金板材，具有高强度，耐腐蚀且成本低的特点。

本发明的另一目的是提供上述镁合金板材的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种高强度耐腐蚀镁合金板材，按照质量百分比由以下原料组分构成：锌：2％-5％、钙：0.3％-0.8％、镧：0.1％-0.6％，其余为镁及不可去除的杂质元素。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：2％-5％、钙：0.3％-0.8％、镧：0.1％-0.6％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于无氧环境中，并加热升温至740-760℃保温20-30min，得到熔融液，将熔融液降温至710-730℃并保温5-10min，然后倒入模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭进行固溶处理，然后将处理后的镁合金切割成厚度10mm-20mm、直径30-60mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量10％-15％的轧制变形，轧制道次为5-10次，轧制温度为250-350℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为20-40r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材进行退火处理，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。

本发明的特点还在于：

步骤2中无氧环境为六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境。

步骤2中模具的温度为180-220℃。

步骤3中固溶处理的温度为350-400℃，时间为10-24h。

步骤5中退火处理的温度为200-300℃，时间为25-35min。

本发明的有益效果是：

1、本发明镁合金板材选择添加价格较低的稀土元素镧，并将镧的含量控制在0.6％以内，在提高镁合金强度的同时控制成本；

2、本发明镁合金板材添加密度较低的钙，与镁基体以及合金元素形成沉淀，有利于晶粒细化，提高镁合金板材的耐腐蚀性；

3、本发明在加工镁合金板材中通过多道次小轧下量轧制，保证镁合金板材成品的力学性能及成品率，同时提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明一种高强度耐腐蚀镁合金板材与现有的镁合金板材屈服强度以及延伸率的对比图；

图2是本发明一种高强度耐腐蚀镁合金板材与现有的镁合金板材氢气演化随时间变化的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种高强度耐腐蚀镁合金板材，按照质量百分比由以下原料组分构成：锌：2％-5％、钙：0.3％-0.8％、镧：0.1％-0.6％，其余为镁及不可去除的杂质元素。

本发明的一种高强度耐腐蚀镁合金板材中主要成分的作用分别如下：

1.锌以固溶态的形态存在于基体镁中或者形变过程中形成弥散细小的第二相，提高镁合金的强度。

2.钙和镧在镁合金板材表面形成致密的含稀土的氧化层或者氢氧化层，提高板材的耐腐蚀性，同时能够有效的弱化变形镁合金形成的基面织构强度，有效提高其成型强度。

本发明的一种高强度耐腐蚀镁合金板材中钙和镧的添加量控制在1％以内，一方面是控制合金板材成本，另一方面是为了尽可能使其以固溶原子存在于基体中而不与锌形成稳定的化合物，从而提高镁合金板材的强度。

本发明的一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：2％-5％、钙：0.3％-0.8％、镧：0.1％-0.6％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境中，加热升温至740-760℃并保温20-30min，得到熔融液，将熔融液降温至710-730℃并保温5-10min，然后倒入温度为180-220℃模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭在温度为350-400℃下进行固溶处理10-24h，然后将热处理后的镁合金切割成厚度10mm-20mm、直径30-60mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量10％-15％的轧制变形，轧制道次为5-10次，轧制温度为250-350℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为20-40r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材在温度为200-300℃下进行退火处理25-35min，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。

在本发明一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法中，各步骤的作用如下：

步骤2中在无氧环境中对原材料进行升温至740-760℃并保温20-30min，是为了将原料进行熔融，六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境是为了防止镁合金熔体发生氧化反应，将熔融液降温至710-730℃并保温5-10min是为了避免由于温度过高导致浇铸时造成获得的组织粗大，加热模具的作用是为了防止镁合金冷却过程中发生开裂；

步骤3中进行固溶处理是为了将镁态合金中的第二相最大程度的回溶进基体；

步骤4中采用多道次小轧下量轧制是为了防止镁合金在轧制变形过程中由于成型性能差异导致的轧制开裂，同时轧制变形过程中选用轧辊转速为20-40r/min，能够显著提高生产效率。

对本发明一种高强度耐腐蚀镁合金板材进行测试，其结果如下：

如图1中可以看出：与现有的镁合金(即商业合金)相比，在不影响延伸率的情况下，本发明的镁合金板材(即开发合金)屈服强度明显高于现有镁合金板材的屈服强度；

如图2中可以看出：随着时间的变化，现有的镁合金在初期即表现出很高的析氢速率，而本发明镁合金的析氢量显著低于现有的镁合金，表明本发明合金具有高的抗腐蚀性能。

实施例1

一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：2％、钙：0.3％、镧0.1％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境中，加热升温至740℃并保温20min，得到熔融液，将熔融液降温至710℃并保温5min，然后倒入温度为180℃模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭在温度为350℃下进行固溶处理10h，然后将热处理后的镁合金切割成厚度10mm、直径30mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量10％的轧制变形，轧制道次为5次，轧制温度为250℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为20r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材在温度为200℃下进行退火处理25min，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。

实施例2

一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：2.5％、钙：0.4％、镧0.2％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境中，加热升温至745℃并保温22min，得到熔融液，将熔融液降温至715℃并保温6min，然后倒入温度为185℃模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭在温度为360℃下进行固溶处理12h，然后将热处理后的镁合金切割成厚度12mm、直径40mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量11％的轧制变形，轧制道次为6次，轧制温度为270℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为25r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材在温度为220℃下进行退火处理27min，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。

实施例3

一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：3％、钙：0.5％、镧0.3％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境中，加热升温至750℃并保温25min，得到熔融液，将熔融液降温至720℃并保温7min，然后倒入温度为190℃模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭在温度为370℃下进行固溶处理17h，然后将热处理后的镁合金切割成厚度14mm、直径45mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量12％的轧制变形，轧制道次为7次，轧制温度为290℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为30r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材在温度为240℃下进行退火处理30min，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。

实施例4

一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：4％、钙：0.6％、镧0.5％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境中，加热升温至755℃并保温27min，得到熔融液，将熔融液降温至725℃并保温8min，然后倒入温度为210℃模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭在温度为390℃下进行固溶处理20h，然后将热处理后的镁合金切割成厚度17mm、直径50mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量13％的轧制变形，轧制道次为8次，轧制温度为320℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为35r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材在温度为270℃下进行退火处理32min，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。

实施例5

一种高强度耐腐蚀镁合金板材的制备方法，体按照以下步骤实施：

步骤1，按重量百分比分别称取锌：5％、钙：0.8％、镧0.6％，其余为镁及不可去除的杂质元素；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入容器中，将容器置于六氟化硫和二氧化碳的混合气体环境中，加热升温至760℃并保温30min，得到熔融液，将熔融液降温至730℃并保温10min，然后倒入温度为220℃模具中，得到镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的镁合金铸锭在温度为400℃下进行固溶处理24h，然后将热处理后的镁合金切割成厚度20mm、直径60mm的圆板；

步骤4，将步骤3中得到的圆板进行单次轧下量15％的轧制变形，轧制道次为10次，轧制温度为350℃，轧辊直径为175mm，轧辊转速为40r/min。

步骤5，将步骤4得到的轧制板材在温度为300℃下进行退火处理35min，得到高强度耐腐蚀镁合金板材。