本发明属于镁合金
技术领域：
，具体是涉及一种高强韧耐蚀镁合金及其制备方法。
背景技术：
：镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、电磁屏蔽效果好等优点，在汽车、摩托车、电子信息、轨道交通、航空航天等领域具有很大的应用潜力。但目前大多数镁合金的绝对强度仍然较低，这就限制了镁合金在许多受力结构件上的应用。其次，镁合金是密排六方晶体结构，其室温塑性变形能力较差，限制了变形镁合金板带、管材、型材、锻件等的生产和应用。特别是镁合金的耐腐性能差，在潮湿的环境下很容易腐蚀，这就使镁合金对使用环境要求较高，这是限制镁合金普遍应用的主要原因之一。镁合金耐腐蚀性能差的原因，主要是镁的标准电极电位很低，镁是目前常用金属结构材料中最低的，当它与其他金属材料接触时容易形成腐蚀电偶，镁呈现牺牲阳极作用而加速腐蚀溶解，另外，镁合金的电偶腐蚀的阴极还可以是镁合金内部的第二相或杂质。另外，镁的化学性质活泼，在潮湿的环境中，镁合金容易与水分子发生反应，生成氧化镁膜，但这种氧化镁膜比较脆，特别是这种氧化镁膜的致密度差，不能对镁合金基体形成有效的保护作用。因此，积极探索增强镁合金耐腐蚀性能的途径，开发耐腐蚀的镁合金对于推动镁合金的应用具有十分重要的意义。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种强度高、塑性好、耐腐蚀的高强韧耐蚀镁合金及其制备方法。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的高强韧耐蚀镁合金，其特点是由以下成分及质量百分比组成：Zn3.5～6.5%，Mn0.3～0.9%，Al0.1～0.5%，Zr0.005～0.025%，C0.001～0.005%，Re0.1～0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。优选的，本发明所述的高强韧耐蚀镁合金，由以下成分及质量百分比组成：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。其中，所述Re的成分及质量百分比为：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。本发明所述的高强韧耐蚀镁合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和纯度大于或等于99.9%的镁锭、锌锭为原材料；第二步：在气体保护和700～760℃条件下加热熔化镁锭，然后加入占原材料总重量为3.5～6.5%的锌锭和1.5～4.5%的Mg-20Mn合金，搅拌熔化成镁合金液；第三步：对镁合金液进行精炼除气除杂，再加入占原材料总重量为0.1～0.5%的Al-5Zr-1C合金和0.1～0.3%的混合稀土Re，搅拌使镁合金液的成分均匀；第四步：将镁合金液依次流过石墨转子旋转速度为60～120转/分钟、氩气压力为30～60KPa的除气箱和孔隙度为30～60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气和过滤处理；第五步：在680～740℃条件下将镁合金液铸造成镁合金，得到高强韧耐蚀镁合金。本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明高强韧耐蚀镁合金的室温抗拉强度大于220MPa，伸长率大于10%，腐蚀速率小于3.24×10-3mg·cm-2·h-1，具有强度高、塑性好、耐腐蚀的优点，适合于铸造、轧制、挤压、锻造成铸件、板带、管材、型材和锻件，用于电子电器、汽车、船舶、轨道交通、航空航天等领域，具有广阔的市场应用前景。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明作进一步的详细说明。本发明所述的高强韧耐蚀镁合金，由以下成分及质量百分比组成：Zn3.5～6.5%，Mn0.3～0.9%，Al0.1～0.5%，Zr0.005～0.025%，C0.001～0.005%，Re0.1～0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。优选的，所述高强韧耐蚀镁合金的成分及质量百分比组成为：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。其中，所述Re的成分及质量百分比为：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。其中，Zn是本发明所述高强韧耐蚀镁合金的主要合金元素，Zn在镁合金中具有固溶强化作用，还可与Mg形成MgZn强化相，提高镁合金的强度。Zn含量越高，MgZn相的数量也越多，镁合金的强度也越高，铸造性能越好。但Zn含量太高，也会导致镁合金的塑形下降。为确保镁合金获得足够的强度和塑性，因此，Zn含量选择在3.5～6.5%，优选的，Zn含量为4.5%。Mn在本发明镁合金中可形成MnAl6化合物弥散质点，能阻止镁合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，提高镁合金的强度和焊接性能。Mn在镁合金中还能溶解杂质Fe，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响，提高镁合金的抗腐蚀性能。但Mn含量太高也容易引起元素偏析，因此，选择添加0.3～0.9%的Mn，优选的，Mn含量为0.6%。Al、Zr、C是以Al-5Zr-1C合金形式加入到镁合金中。Al-5Zr-1C合金是一种新型的镁合金晶粒细化剂，是由氟锆酸钾和碳粉的混合物与铝液反应得到，内部含有大量的ZrC粒子。ZrC粒子都具有熔点高、稳定性好的特点，特别是ZrC粒子与镁同为密排六方晶体结构，并且晶格常数相近，晶格常数错配度非常低，是镁晶粒的优良非均质形核核心，可细化镁合金晶粒。发明人的大量实验研究表明，添加0.1～0.5%的Al-5Zr-1C合金，镁合金中含有0.005～0.025%的Zr，0.001～0.005%的C，可显著细化镁合金的晶粒，提高镁合金的强度和塑性。优选的，Al-5Zr-1C合金添加为0.3%，镁合金中含有0.015的Zr，0.003%的C。Re是含Pm、Eu两种轻稀土元素和Tb、Tm、Yb、Lu四种重稀土元素的混合稀土，稀土元素的物理化学性质活泼，能与镁合金液中的氢、氧、铁、硅、铜等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对镁合金液有深度净化作用，提高镁合金的纯净度，消除杂质元素对耐腐蚀性的有害影响。同时稀土元素还可以提高镁合金的电极电位，提高镁合金的抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀能力。另外，混合稀土元素在镁合金表面还可形成致密的复合稀土氧化膜，对镁合金基体形成有效和稳定的保护作用，提高镁合金的抗腐蚀能力。发明人的实验研究表明，添加含Pm、Eu两种轻稀土元素和Tb、Tm、Yb、Lu四种重稀土元素的混合稀土对于提高镁合金的耐腐蚀性能比添加一种或少数几种稀土元素的效果都更好，因此，选择添加0.1～0.3%的混合稀土Re，优选的，混合稀土Re添加量为0.2%。本发明还提供了所述高强韧耐蚀镁合金的制备方法，具体包括以下步骤：第一步：选用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和纯度大于或等于99.9%的镁锭、锌锭为原材料；第二步：在气体保护和700～760℃条件下加热熔化镁锭，然后加入占原材料总重量为3.5～6.5%的锌锭和1.5～4.5%的Mg-20Mn合金，搅拌熔化成镁合金液；第三步：对镁合金液进行精炼除气除杂，再加入占原材料总重量为0.1～0.5%的Al-5Zr-1C合金和0.1～0.3%的混合稀土Re，搅拌使镁合金液的成分均匀；第四步：将镁合金液依次流过石墨转子旋转速度为60～120转/分钟、氩气压力为30～60KPa的除气箱和孔隙度为30～60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气和过滤处理；第五步：在680～740℃条件下将镁合金液铸造成镁合金，得到高强韧耐蚀镁合金。本发明的制备方法，首先选用纯度大于或等于99.9%的镁锭、锌锭、Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re为原材料，从原材料上保证本发明制备方法可以获得高纯净度的镁合金，确保镁合金获得足够的耐腐蚀性能。经过炉内精炼除气除杂后，再加入Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re，能够充分发挥Al-5Zr-1C合金和混合稀土Re对镁合金液的晶粒细化和深度净化作用，最后再进行在线除气和过滤处理，进一步提高镁合金的纯净度，确保本发明方法获得高纯净度的镁合金，使镁合金获得高强度、高塑性和优异的耐腐蚀性能。为了更详尽的描述本发明的高强韧耐蚀及其制备方法，以下列举几个实施例作更进一步的说明。实施例1：本发明所述的高强韧耐蚀镁合金的成分及质量百分比组成为：Zn3.5%，Mn0.3%，Al0.1%，Zr0.005%，C0.001%，Re0.1%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分及质量百分比为：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。该高强韧耐蚀镁合金的制备方法由以下步骤组成：第一步：选用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和纯度等于99.9%的镁锭、锌锭为原材料；第二步：在体积百分比为0.5%SF6+99.5%CO2的混合气体保护和700℃条件下加热熔化镁锭，然后加入占原材料总重量为3.5%的锌锭和1.5%的Mg-20Mn合金，搅拌熔化成镁合金液；第三步：采用JDMR2溶剂对镁合金液进行精炼除气除杂，再加入占原材料总重量为0.1%的Al-5Zr-1C合金和0.1%的混合稀土Re，搅拌使镁合金液的成分均匀；第四步：将镁合金液依次流过石墨转子旋转速度为60转/分钟、氩气压力为60KPa的除气箱和孔隙度为30ppi的陶瓷过滤板进行在线除气和过滤处理；第五步：在680℃条件下将镁合金液铸造成镁合金，得到高强韧耐蚀镁合金。实施例2：本发明所述的高强韧耐蚀镁合金的成分及质量百分比组成为：Zn4.5%，Mn0.6%，Al0.3%，Zr0.015%，C0.003%，Re0.2%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分及质量百分比为：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。该高强韧耐蚀镁合金的制备方法由以下步骤组成：第一步：选用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和纯度等于99.95%的镁锭、锌锭为原材料；第二步：在体积百分比为0.5%SF6+99.5%CO2的混合气体保护和730℃条件下加热熔化镁锭，然后加入占原材料总重量为4.5%的锌锭和3%的Mg-20Mn合金，搅拌熔化成镁合金液；第三步：采用JDMR2溶剂对镁合金液进行精炼除气除杂，再加入占原材料总重量为0.3%的Al-5Zr-1C合金和0.2%的混合稀土Re，搅拌使镁合金液的成分均匀；第四步：将镁合金液依次流过石墨转子旋转速度为90转/分钟、氩气压力为45KPa的除气箱和孔隙度为50ppi的陶瓷过滤板进行在线除气和过滤处理；第五步：在710℃条件下将镁合金液铸造成镁合金，得到高强韧耐蚀镁合金。实施例3：本发明所述的高强韧耐蚀镁合金的成分及质量百分比组成为：Zn6.5%，Mn0.9%，Al0.5%，Zr0.025%，C0.005%，Re0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分及质量百分比为：Pm14.4%，Eu12.9%，Tb15.5，Tm17.1%，Yb17.3%，Lu22.8%。该高强韧耐蚀镁合金的制备方法由以下步骤组成：第一步：选用Mg-20Mn合金、Al-5Zr-1C合金、混合稀土Re和纯度等于99.9%的镁锭、锌锭为原材料；第二步：在体积百分比为0.5%SF6+99.5%CO2的混合气体保护和760℃条件下加热熔化镁锭，然后加入占原材料总重量为6.5%的锌锭和4.5%的Mg-20Mn合金，搅拌熔化成镁合金液；第三步：采用JDMR2溶剂对镁合金液进行精炼除气除杂，再加入占原材料总重量为0.5%的Al-5Zr-1C合金和0.3%的混合稀土Re，搅拌使镁合金液的成分均匀；第四步：将镁合金液依次流过石墨转子旋转速度为120转/分钟、氩气压力为30KPa的除气箱和孔隙度为60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气和过滤处理；第五步：在740℃条件下将镁合金液铸造成镁合金，得到高强韧耐蚀镁合金。按中华人民共和国国家标准GB/T16865-2013，将实施例1-3的高强韧耐蚀镁合金加工成标准拉伸试样，在DNS200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，拉伸力学性能如表1所示。按中华人民共和国国家标准GB/10134-2011，将实施例1-3的高强韧耐蚀镁合金加工成20mm×5mm的圆柱状试样，在实验前均经2000号水砂纸研磨处理，在用丙酮和无水乙醇清洗并干燥后称取试样的质量作为初始质量，实验腐蚀介质采用3.5%NaCl溶液，pH值控制在7～7.5，将腐蚀试样悬挂于腐蚀介质中浸泡24h，在沸腾的铬酸（200mgCrO3/L+10mgAgNO3）中清洗5min，然后再用丙酮无水乙醇清洗并干干燥后，用分析天平称重，计算腐蚀速率：V=（W1-W2）×t/A，式中，V为试样的腐蚀速率，W1为试样腐蚀之前的质量，W2为试样腐蚀之后的质量，A为试样的面积，t为腐蚀的时间，腐蚀速率如表1所示。表1实施例1-3的高强韧耐蚀镁合金的拉伸力学性能和腐蚀速率实施例序号抗拉强度/MPa伸长率/%腐蚀速率/mg·cm-2·h-1实施例1223.417.73.24×10-3实施例2257.313.52.81×10-3实施例3282.710.82.97×10-3由表1的检测结果可见，本发明高强韧耐蚀镁合金的室温抗拉强度大于220MPa，伸长率大于10%，腐蚀速率小于3.24×10-3mg·cm-2·h-1，具有强度高、塑性好、耐腐蚀的优点，适合于铸造、轧制、挤压、锻造等各种加工工艺，可加工成铸件、板带、管材、型材和锻件，具有广阔的市场应用前景。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页1 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