一种耐蚀性高的镁合金的制备方法及镁合金与流程

本发明涉及镁合金领域中的一种耐蚀性高的镁合金的制备方法及镁合金。

背景技术：

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小(1.8g/cm³左右)，强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。

但是由于镁的平衡(标准)电极电位非常负，镁及镁合金均有很高的化学及电化学活性，限制了镁合金的应用。科学者们研究了许多方法来提高镁合金的耐蚀性，目前主要的方法为对镁合金进行表面改性处理，但是仅仅进行表面改性无法满足镁合金的耐蚀性和使用性能的要求，影响镁合金的应用范围。

技术实现要素：

为了提高镁合金的耐蚀性和使用性能，本发明提供一种耐蚀性高的镁合金的制备方法及镁合金。

本发明采用以下技术方案实现：一种耐蚀性高的镁合金制备方法，所述制备方法步骤如下：

步骤一：称取0.5-3wt％的铟粒以及余量的镁锭，备用；

步骤二：将镁锭放入不锈钢坩埚中并与所述不锈钢坩埚一同放入具有保护气环境的、温度为710-720℃的熔炉中熔炼，然后保温至镁锭完全熔化；

步骤三：向熔化后的镁锭中加入铟粒，搅拌混合，在710-720℃下保温至镁锭与铟粒完全混合均匀，得到熔融体；

步骤四：将所述熔融体取出降温至其表面呈暗红色，然后倒入模具中浇铸凝固，得到浇铸体；

步骤五：将所述浇铸体放入450℃环境下保温24h，然后水淬，得到所述镁合金。

作为上述方案的进一步改进，在执行步骤二之前还包括对所述不锈钢坩埚的预处理：将不锈钢坩埚放入390-400℃的干燥炉中预热30min，然后在其表面涂刷一层2-3mm厚的涂料。

作为上述方案的进一步改进，所述涂料为滑石粉、水玻璃和去离子水混合物，所述滑石粉、水玻璃和去离子水混合物的质量比为3:1:10。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤四中保护气为sf6和co2混合气，所述sf6和co2的体积分数分别为0.3％和99.7％。

5.如权利要求2所述的耐蚀性高的镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三中保温之前均包括搅拌除杂步骤：使用刷有所述涂料的不锈钢长匙将氧化产物和熔炼产生的炉渣刮出。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤二和步骤三中的保温时间均为20-30min。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤四中所述模具在浇铸前进行预热，其预热温度为140-150℃，预热时间为30min。

作为上述方案的进一步改进，所述镁锭在使用前还包括表面处理步骤：将镁锭的表面进行表面切割，保证其表面清洁、干燥、无氧化皮。

作为上述方案的进一步改进，所述铟粒的纯度为99.99wt％，所述镁锭的纯度为99.99wt％。

本发明还公开了一种耐蚀性高的镁合金，其包括0.5-3wt％铟粒以及余量的金属镁，所述耐蚀性高的镁合金通过上述任一种耐蚀性高的镁合金的制备方法制备而成。

本发明通过in元素合金化起作用，通过in元素的加入提高析氢过电位，同时也会降低阳极反应速率，从而形成双层保护膜层，进而提高合金的耐蚀性。通过本发明的方法制得的镁合金的失重腐蚀速率约为纯镁腐蚀速率的1/3，腐蚀电流密度也远低于纯镁的腐蚀电流密度，最低约为纯镁腐蚀电流密度的1/5，因此说明本发明镁合金的耐蚀性极佳。

附图说明

图1为本发明一种耐蚀性高的镁合金失重腐蚀速率图。

图2为本发明一种耐蚀性高的镁合金的典型合金mg-1in的组织形貌图；

图3为本发明一种耐蚀性高的镁合金的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种耐蚀性高的镁合金，其包括有0.5-3wt％的铟粒以及余量的镁锭。

实施例1

以mg-0.3in为例，配备0.3wt％的铟粒以及余量的镁锭，其中镁锭的纯度为99.99wt％，铟粒的纯度为99.99wt％。具体可由以下方法制得。

一、熔炼

1、对镁锭进行表面切割处理，确保其表面清洁、干燥、无氧化皮。

2、为了保证刷涂料时涂料的粘结性，将不锈钢坩埚放入干燥炉中预热，预热温度为390℃，这样能够保证涂料很好的刷在不锈钢坩埚上，且粘结在其表面。然后用毛刷在其表面刷一层厚度为2-3mm的涂料，涂料为滑石粉：水玻璃：去离子水＝30g：10g：100g的混合物，在不锈钢坩埚上刷完涂料后，使得不锈钢坩埚上的铁元素被涂料隔离开，不会引入铁元素，从而保证后续熔炼不影响合金的成分。

3、将镁锭放入不锈钢坩埚中，并与不锈钢坩埚一同放入具有保护气氛的倾斜镁合金熔炉中熔炼，由于镁在熔化时会与空气中的氧气反应，使用保护气用于隔绝空气，保证镁锭熔化时不被氧化或燃烧。保护气为按体积分数计的0.3％sf6和99.7％co2的混合气体，这两个气体通常被选用做镁合金熔炼时的保护气。co2比空气重，会很好地隔绝空气，sf6密度更大，会更好地隔绝空气。但是从经济方面考虑，sf6比较贵，可以使用较小的用量，熔炼温度为710℃，保温20min，然后进行搅拌除杂。具体的除杂方法为使用涂有涂料的不锈钢长匙将氧化产物和熔炼产生的炉渣刮出来。

4、待镁锭完全熔化后，加入0.3wt％的铟粒，保温20min，然后进行搅拌除杂，继续保温30min至两种金属完全混合均匀，然后得到镁合金熔融体。

5、将不锈钢坩埚和熔融体取出并放置在室温环境中进行降温，待镁合金熔融体表面变成暗红色后向经过干燥炉预热的模具中倾倒熔融体，进行浇铸、凝固，得到mg-0.5in合金试样。其中模具的预热温度为140℃，预热时间为30min，这样可以避免在浇铸过程中，温差较大引起液体飞溅的情况。同时也保证了熔炼时合金凝固速率相对较慢，保证合金组织更加均匀。

二、热处理

将mg-0.5in合金试样放入450℃的温度环境中保温24h，进行水淬，然后得到mg-0.5in合金。

实施例2

具体实施方法和材料与实施例1中的相同，不同之处在于，铟粒为0.8wt％，坩埚的预热温度400℃，熔炼温度为720℃；模具的预热温度为150℃，最后得到的样品为mg-0.8in合金。

实施例3

具体实施方法和材料与实施例1中的相同，不同之处在于，铟粒为1wt％，最后得到的样品为mg-1in合金。

实施例4

具体实施方法和材料与实施例2中的相同，不同之处在于，铟粒为1.5wt％，最后得到的样品为mg-1.5in合金。

实施例5

具体实施方法和材料与实施例1中的相同，不同之处在于，铟粒为2wt％，最后得到的样品为mg-2in合金。

实施例6

具体实施方法和材料与实施例1中的相同，不同之处在于，铟粒为3wt％，最后得到的样品为mg-3in合金。

实验例1

将本发明中实施例1-6制得的合金样品与纯镁在相同条件下进行失重试验测试，将上述样品放在浓度为3.5％nacl溶液中浸泡5天，计算失重腐蚀速率。

计算公式如下：

其中，k表示腐蚀速率，单位为g/(m²·h)，m0表示实验初始质量，单位为g；m1表示试验后质量，单位为g；s表示面积，单位为m²；t表示时间，单位为h。

实施例1-6与纯镁的失重速率图如图1所示，纯镁的腐蚀速率为0.354g/(m²·h)，而实施例1-6中的腐蚀速率范围在0.094-0.141g/(m²·h)之间，约为纯镁腐蚀速率的1/3，由此可以看出本发明所制得的mg-xin合金的耐蚀性远远好于纯镁的耐蚀性。

实验例2

对实施例1-6中制得的镁合金样品和纯镁进行腐蚀电流密度检测，检测数据如下表：

表1极化曲线拟合的腐蚀电流密度

由表1中的极化曲线拟合的腐蚀电流密度可以知道，本实施例1-6制得的样品中，当铟粒的含量为0.5wt％-3wt％时，腐蚀电流的密度明显降低，远远低于纯，最低为8.7μa/cm²，约为纯镁的1/5，远远低于纯镁的腐蚀电流密度，这说明本发明制得的合金的耐蚀性高。

实验例3

将实施例3中制得的样品在浓度为3.5％nacl溶液中浸泡50天，然后检测其表面形貌，如图2所示，从图中可以看出，浸泡50天后，合金仍然没有太多的腐蚀物，仅有少量的区域存在明显的腐蚀产物，而这些腐蚀处也并未发生较大的扩展，表明本实施例中制得的mg-1in合金耐蚀性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。