一种适用于型材的镁合金及其制备方法与流程

本发明涉及一种适用于型材的镁合金及其制备方法，更确切地说涉及一种铝含量为3.0-4.0质量百分数的低铝含量mg-al-zn-nd-zr变形镁合金及制备方法。

背景技术：

我国镁资源十分丰富，又是世界上镁产量第一的产镁大国。镁产业的发展也是我国经济可持续发展的重要支撑点，变形镁合金的发展必将有力地推动我国镁合金产业、镁部件制造加工产业的迅猛发展。然而，我国镁合金型材产业尚处于起步阶段，由于受到镁合金型材成型工艺与设备的技术制约，国内仅能生产规格有限的镁合金板材、管材、带材等型材，且价格昂贵，目前仅洛阳铜业有限公司、河北金拜克自行车有限公司等极少数企业小批量生产镁合金型材，主要用于国防军工、自行车等少数行业。而德国于1935年即开始使用镁合金型材制作飞机发动机罩、下机身及机翼蒙皮、整流片、油箱等重要部件；德国西门子、施奈德等知名公司已将镁合金型材大量应用于电子通信、光学仪器、轨道交通、汽车等众多行业领域；美国陶氏化学公司开发的镁合金型材已批量制造卡车与拖车车身。因此，我国镁合金型材产业同国外相比，存在技术滞后、产业化程度低下等问题。

目前应用较多的变形镁合金主要为az31，zk60和am80等变形性能和综合力学性能都有良好表现的镁合金。一些在实验室证明力学性能突出的高稀土镁合金由于变形能力差和成本高的原因没有得到大规模的应用。

中国专利cn201310160069.6提供了一种适用于型材的变形镁合金及制备方法，适用于型材的镁合金其组成为：a1：3.0～4.0wt％、zn：0.5～1.0wt％、zr：0.5～1.0wt％、mn：0.2～0.4wt％、杂质：＜0.2wt％，余量为mg。此发明是一种新型mg-al-zn合金系合金。这种新型合金通过添加元素zr，形成zr质点，造成坚硬细小的结晶核心，起到细化晶粒的作用，在变形镁合金中起到细晶强化和第二相强化的作用，改善合金的力学性能，元素zr协同元素a1和zn改善合金耐蚀性，使这种新型合金的耐蚀能力和机械性能较相同组分的mg-al-zn合金强。

相较于专利cn201310160069.6，本专利添加了少量稀土元素nd，合金中形成mg-nd中间相，形成颗粒状的硬性质点，在变形过程中成为有效结晶核心，促进动态再结晶过程充分进行，使得变形后合金晶粒更为细小，提高合金的韧性。同时，细小的mg-nd中间相能形成第二相强化，提高合金的强度。mg-nd中间相电位较高，加入nd有一定的耐蚀作用。

技术实现要素：

本发明一个目的是提供一种适用于型材的镁合金，是一种mg-al-zn合金系力学性能和耐蚀能力良好的变形镁合金。

本发明另一个目的是提供一种适用于型材的镁合金的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种适用于型材的镁合金，按照重量百分数，其组成如下：al3.0～4.0wt％，zn：1.0～2.0wt％，nd：0.5～1.0wt％，zr：0.5～1.0wt％，mn：0.2～0.4wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

优选地，

所述适用于型材的镁合金，按照重量百分数，其组成如下：al：3.0wt％，zn：1.0wt％，nd：0.6wt％，zr：0.6wt％，mn：0.3wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

所述适用于型材的镁合金，按照重量百分数，其组成如下：al：3.5wt％，zn：1.5wt％，nd：0.7wt％，zr：0.6wt％，mn：0.3wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

所述适用于型材的镁合金，按照重量百分数，其组成如下：al：4.0wt％，zn：2.0wt％，nd：1.0wt％，zr：0.6wt％，mn：0.3wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

适用于型材的镁合金的制备方法，包括如下步骤如下：

1)按合金的质量百分数组成进行配料后，熔炼成合金；

2)采用350-400℃挤压和150-180℃拉拔工艺，制成高强高韧和耐蚀性良好的镁合金制品。

发明人针对现有的变形镁合金耐蚀能力和力学性能不能兼顾的问题，研发出一种新型mg-al-zn合金系合金。这种新型合金通过添加元素nd和zr，形成mg-nd析出相和zr质点，造成坚硬细小的结晶核心，起到细化晶粒的作用，并且在变形镁合金中起到细晶强化和第二相强化的作用，改善合金的力学性能。mg-nd析出相和zr质点腐蚀电位较高，以及与mg-al相和mg-zn相的协同作用大大改善合金耐蚀性，使这种新型变形镁合金的耐蚀能力和机械性能较相同组分的mg-al-zn合金强。

本专利的变形镁合金设计在低铝镁合金的基础上添加少量nd和zr等合金元素，在保证合金变形加工难度和成本增加不多的基础上，进一步提高合金的强度和耐蚀能力。

附图说明

图1为通用的az31合金(图a)，实施例1-3的镁合金(图b，c和d)以及cn201310160069.6中的mg-3zn-1al-zr合金的金相形貌(图e)。其中图a为变形后的az31合金，图b为实施例1合金，图c为实施例2合金，图d为实施例3合金，图e为mg-3zn-1al-zr合金的金相形貌。

具体实施方式

以下详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅供说明具体结构，该结构的规模不受实施例的限制。

变形加工后力学性能测试:金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法gb/t228.1-2010

自腐蚀速率测试:金属和合金的腐蚀大气腐蚀性用于评估腐蚀性的标准试样的腐蚀速率的测定gb/t19292.4-2003

实施例1制备高强高耐蚀镁合金材料

本实施例的镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：al：3.0wt％，zn：1.0wt％，nd:0.6wt％，zr：0.6wt％，mn：0.3wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

1)采用普通连铸方法，按上述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；

2)采用350℃挤压和150℃拉拔工艺，制成高强高韧和耐蚀性良好的镁合金制品。

实施例2制备高强高耐蚀镁合金材料

本实施例的镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：al：3.5wt％，zn：1.5wt％，nd:0.7wt％，zr：0.6wt％，mn：0.3wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

1)采用普通连铸方法，按上述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；

2)采用370℃挤压和160℃拉拔工艺，制成高强高韧和耐蚀性良好的镁合金制品。

实施例3制备高强高耐蚀镁合金材料

本实施例的镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：al：4.0wt％，zn：2.0wt％，nd:1.0wt％，zr：0.6wt％，mn：0.3wt％，杂质：<0.2wt％，余量为mg。

高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

1)采用普通连铸方法，按上述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；

2)采用400℃挤压和180℃拉拔工艺，制成高强高韧和耐蚀性良好的镁合金制品。

实施例4对实施例1-3的镁合金材料的力学性能和耐蚀性进行效果验证

一、力学性能对比

图1显示出通用的az31合金(图a)和实施例1-3的镁合金(图b，c和d)以及cn201310160069.6中的mg-3zn-1al-zr合金的金相形貌(图e)。

图1中可以看出az31合金和mg-3zn-1al-zr合金未发生在结晶的空白区域较多。而实施例1-3合金中第二相逐渐增加，在变形过程中动态再结晶结晶核心增多导致动态再结晶更为充分，未再结晶形成地空白区域减小，再结晶晶粒更为细小。再结晶晶粒细小，由于晶界强化的原因，合金强度理论上有所增加。而在实施例合金中增加地第二相主要是颗粒状第二相mg-re相，其电位高于az31合金中的第二相mg17al12，能使合金中的电偶腐蚀减少，从而提高合金的耐蚀性。

合金的力学性能试验是参照gb/t228－2002《金属材料室温拉伸方法》进行研究。试验仪器为t－201型万能材料试验机。

表1变形后实施例1-3的镁合金和通用的az31合金的力学性能对比

从上表可以看出，本发明的实施例1、2和3的镁合金的力学性能优于az31合金和cn201310160069.6中的mg-3zn-1al-zr，在延伸率没有大幅下降的情况下，实施例3的抗拉强度提高到300mpa左右。

二、耐腐蚀性能对比

镁合金耐腐蚀性能测试为在25℃下3.5wt％nacl溶液中浸泡24h失重实验。腐蚀速率的测试数据来自于24h浸泡实验中14×14×4mm试样的单位平方米的失重量。

表2显示出实施例1-3的镁合金和通用的az31合金在3.5wt％nacl溶液中腐蚀速率对比。

表2实施例合金和az31合金腐蚀速度对比

可以看出,实施例1-3的三种合金在3.5wt％nacl溶液中的腐蚀速率都在100g/m².d以下，az31和cn201310160069.6中的mg-3zn-1al-zr合金的腐蚀速率超过100g/m².d。

本发明的实施例1、2和3的镁合金的腐蚀速率相较az31合金和cn201310160069.6中的mg-3zn-1al-zr合金腐蚀速率大大降低。实施例3合金的腐蚀速度最慢，在55g/m².d左右。