专利名称：含铝、硅、锰和稀土金属的耐蚀镁基合金的制作方法
这样的合金被用于如汽车部件、传动部件和发动机部件的模铸。因此，合金必须在升高的温度下也具有良好的机械性能。目前可在市场上买到的用于此的合金包括AS21、AS41和AE42。AS21合金具有以下成分(海德罗镁产品)1.9wt％-2.5wt％的Al，最少0.2wt％的Mn，0.15wt％-0.25wt％的Zn，0.7wt％-1.2wt％的Si，最多0.008wt％的Cu，最多0.001wt％的Ni，最多0.004wt％的Fe，最多0.01wt％的其它元素。合金AS41B(ASTM B93-94a)含有3.7wt％-4.8wt％的Al、0.35wt％-0.6wt％的Mn、最多0.10wt％的Zn、最多0.60wt％-1.4wt％的Si、最多0.015wt％的Cu、最多0.001wt％的Ni、最多0.0035wt％的Fe、最多0.01wt％的其它元素。合金AE42(海德罗镁产品)含有3.6wt％-4.4wt％的Al、最少0.1wt％的Mn、最多0.20wt％的Zn、最多0.04wt％的Cu、最多0.001wt％的Ni、最多0.004wt％的Fe、2.0wt％-3.0wt％的RE和最多0.01wt％的其它元素。RE指稀土元素。这些合金含有一些铁，由于铁对镁铝合金的耐蚀性能有害，所以锰被用于控制和减少合金中的铁含量。
尽管如此，例如AS21的耐蚀性能如在用于汽车时也是不够高的。尤其是在冬季，当除雪剂被洒到道路上时，汽车部件经受着严酷的环境条件。合金AE42在这样的环境下也具有良好的耐蚀性能，但是它比AS21昂贵得多。此外，尤其是由于会粘附焊着在铸模上，其铸造性能不如其它两种合金。
例如，在挪威专利号N0121753、美国专利号US3718460和法国专利号FR1555251中也描述了这一类型的合金。
本发明的目的是不降低镁铝硅合金的基本性能地改善耐蚀性能。另一个目的是避免增加合金成本。
通过下述的合金而实现了这些和其它的目的。通过附属来进一步描述并归纳出本发明的特点。
本发明涉及一种耐蚀性能得到提高的镁基合金，它含有1.5wt％-5wt％的Al、0.6wt％-1.4wt％的Si、0.01wt％-0.6wt％的Mn、0.01wt％-0.4wt％的RE。杂质的含量应该保持得较低，其中所述合金含有最多0.008wt％的Cu、最多0.001wt％的Ni、最多0.004wt％的Fe和最多0.01wt％的其它元素。尤其是，0.05wt％-0.2wt％的锰含量是最好的。此外，最好添加最多为0.5wt％的Zn且尤其是添加0.1wt％-0.3wt％的Zn。Zn对耐蚀性能有着积极的影响。优选的合金含有1.9wt％-2.5wt％的Al、0.7wt％-1.2wt％的Si、0.15wt％-0.25wt％的Zn、0.01wt％-0.2wt％的Mn、0.01wt％-0.3wt％的RE。本发明还涉及一种改善镁铝硅合金的耐蚀性能，由于添加少量RE地使锰铁含量保持较低水平，所以在这种合金中加入锰以便减少铁杂质。最好把锰含量保持在0.01wt％以上并且把RE保持在0.01wt％-0.4wt％范围内。
进一步参见附
图1-9来说明本发明，其中图1表示在所调查的样品中发现的Mn与RE含量的组合，这些成分跨越了650℃-720℃的温区，Mn与RE的相互限制的溶解性把调查限制在图的左下部；图2表示在试验程序中接受分析的试样中的铁含量；图3与调查试样的RE、Mn含量对比地示出了重力铸造圆盘试样的浸泡试验的腐蚀速率(MCD＝mg/cm2天)；图4与所调查试样的锰铁含量对照地示出了腐蚀速率，试验结果来自重力铸造圆盘试样的72小时浸泡试验；图5与含最少为0.045wt％的Mn的重力铸造圆盘试样的RE含量和铸造温度对照地示出了腐蚀速率；图6与所调查的模铸板的Mn和RE含量对照地示出了腐蚀速率，在这次调查中，Mn和RE含量在0.05wt％-0.35wt％范围内变化；图7与Mn和Fe含量对照地示出了模铸板的腐蚀速率，所述试样在根据ASTM B117的盐雾中进行40小时试验，在这里也发现了在重力铸造圆盘试样的浸泡试验中观察到的趋势；图8与两个系列合金的铝含量对照地示出了各腐蚀试验结果；图9在排除了超众结果的情况下与两个系列合金的Al含量对照地示出了腐蚀试验结果的平均值。
这些试验结果显示出了，可以通过添加少量稀土元素明显改善含铝、硅的镁合金的耐蚀性能。可以将Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tu、Yb、Lu中的至少一种元素用作稀土元素。但是，分离出单独的稀土元素是昂贵的，因此，可以优选比较便宜的混合稀土合金。
在镁铝硅基合金中，Mn、RE、Fe的溶解性相互约束。此外，降低的温度抑制了其互溶性。
已经进行了几种试验并且在以下例子中进行了说明。
例1利用不同的Mn和RE组合方式制备出AS21型镁合金。表1和图1示出了接受调查的Mn与RE的不同组合形式。按照混合稀土合金形式添加稀土元素，即Ce、LaPr和Nd的混合物(约55wt％的Ce，25wt％的La，15wt％的Nd，5wt％的Pr)。其它稀土元素混合物有望产生相同效果。
在合金规格中保持其它元素Al、Si、Zn不变并分别保持在约2.2wt％、1.0wt％、0.2wt％。通过在740℃下(对于某些成分，在约760℃下)给合金添加Mn和RE控制量并随后在铸造试样前让合金在特定温度下稳定以便进行化学分析和腐蚀试验而制备出合金。试样的铁含量是所建立的平衡条件的结果。
此外，也试验未改良的AS21，结果列于表1中。
通过在将其浸泡在25℃的5％氯化钠溶液中达72小时来测定重量铸造圆盘试样的耐蚀性能。试验溶液和试样表面之间的关系在所有试验中都是10ml/cm2。重力铸造圆盘试样的铸造温度和腐蚀速率列于表1中。通过重量损失测量来确定腐蚀速率并按照MCD(mg/cm2天)来测定。
表1 此次调查所包括的永久模铸像章的铸造温度、成分和腐蚀速率
图2示出了对应的铁含量。图2包括来自不同温度的数据。它显示出了其RE含量超过0.05wt％的所有试样具有少于40ppm的Fe，而不含RE的试样可能含有更多的Fe。
表1、2也列出了腐蚀速率。在图3中，对照Mn、RE地示出了腐蚀速率。对于Mn含量为0.05wt％-0.2wt％且RE含量大于0.05wt％的化合物来说，腐蚀速率最低。对比图2、3将发现，铁含量与腐蚀速率之间没有直接关系，Mn和RE含量也具有明显的影响。
可以从图4中看到，其中对照Mn和Fe地绘出了腐蚀速率，当锰和铁元素最少时，腐蚀速率达到最低。但在不添加其它合金元素如RE元素的情况下，这是不可能做到的。此外，当锰含量小于0.05wt％时，腐蚀速率提高。因此，存在少量锰对获得最佳效果来说是必须的。
不能寄希望于获得高温添加RE的效果。图5对照其锰含量最低为0.045wt％的重力铸造圆盘试样的RE含量和铸造温度地示出了腐蚀速率。由于锰和铁的溶解性随温度升高而增强，所以升高的温度对未改良的AS21的耐蚀性能有强烈的负面影响。在添加RE元素的情况下，在高温下，锰铁的平衡量也明显降低，由此一来，腐蚀速率显著降低。
例2为用作模铸合金地制备出合金AS21。因此，一组如表2所示的选定成分被模铸成试样板并且在根据ASTM的标准编号B117-90的盐雾中进行试验。腐蚀结果列于表2中并且如图6、7所示。在根据模铸板和重力铸造圆盘试样而确定的腐蚀速率之间存在着对应关系。我们发现最佳成分范围是含0.05wt％-0.2wt％的RE和0.05wt％-0.2wt％的Mn的成分。
表2 此次调查所包括的模铸试样板的铸造温度、成分和腐蚀速率，在盐雾处理240小时后测定腐蚀速率
除了试样板模铸外，铸造重量为20公斤的大型发动机部件也是由这种合金铸成的。与未改良的AS21相比，铸造能力没有受到明显影响。
通过铝、硅、锌的含量来控制这些合金的机械性能并且添加RE元素而进行的改良没有明显影响到其机械性能。
例3在基础实验室中分别生产出两种含150公斤镁合金的熔融物。将熔融物分别制成含1.5wt％的铝、1.0wt％的硅及0.2wt％的锌。其中一种熔融物含0.4％的添加锰，另一种熔融物含0.3RE+0.1锰。在740℃下生产出这些合金，随后，在680℃下进行稳定至少1小时，随后进行永久模铸圆盘和3毫米模铸试样板的铸造。在每种熔融物中每次1％地进一步加入超纯铝，以便覆盖权利要求1所述的铝范围。这种合金化是在680℃下进行的并且合金在进一步铸造前被稳定1小时。在表3中列出了每种成分的化学分析。通过发火花光谱仪来进行分析并利用ICP-AES测定稀土元素。
表3 所调查试样的化学成分
根据ASTM B117，由每种成分制成的四个模铸试样板在盐雾中进行10天试验。结果列于表4和图8中。对于其中一些成分来说，存在明显不同于该系列其余结果简单结果。在这里，超众结果被定义为简单结果，它们大于在其它结果平均值外的标准偏差的四倍。在表4中也标出了这些结果。
表4 按照MCD(mg重量损失/cm2天)的腐蚀试验结果，用粗斜体字表示超众结果
这两个系列的成分很近似，除了Mn和RE含量外。即便使用了超级纯铝，但铁含量随着添加铝而增大。对这两个系列来说，除了在铝最高含量的情况下外，铁吸收情况极为相似，在这里，与未改良中的56ppm相比，RE改良型合金获得了123ppm的铁。对于不含RE的系列来说，腐蚀速率随着铝添加量增大而降低，尽管加入了铁。对于利用RE改良的系列合金来说，腐蚀速率明显较低，看不到铝铁有变化的明显趋势。结果清楚地表明了，在整个铝成分范围内，RE改良合金的腐蚀速率明显比未改良合金的慢。对于几种成分来说，存在着腐蚀速率明显高于该系列其它试样的超众者。我们没有调查研究这些完全独立结果的背景。这些超众者对我们的研究结论没有影响。因此，在1.5wt％-5wt％的铝含量范围内，用RE元素代替一些锰地改良AS合金对耐蚀性能有着明显的积极影响。
通过添加RE而明显改善了镁铝硅基合金的耐蚀性能，这是因为1)降低了锰的溶解性；2)降低了铁的溶解性；3)由于存在RE而改良了耐蚀性能，存在少量锰(高于0.01wt％)对获得最佳的改良效果而言是必须的。
RE元素对耐蚀性能的积极作用也适用于AS合金中的其它的硅和锌的含量。
权利要求
1.一种耐蚀性能得到改善的镁基合金，它含有1.5wt％-5wt％的Al、0.6wt％-1.4wt％的Si、0.01wt％-0.6wt％的Mn、0.01wt％-0.4wt％的RE。
2.如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，合金含有最高为0.5wt％的Zn。
3.如权利要求2所述的镁合金，其特征在于，Zn含量为0.1wt％-0.3wt％。
4.如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，Mn含量为0.01wt％-0.3wt％。
5.如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，稀土元素是混合稀土合金。
6.如权利要求1-2所述的镁合金，其特征在于，它含有1.9wt％-2.5wt％的Al、0.7wt％-1.2wt％的Si、0.15wt％-0.25wt％的Zn、0.01wt％-0.3wt％的RE和0.01wt％-0.2wt％的Mn。
7.一种通过添加少量RE而使Mn、Fe的含量保持低水平地改善其中添加了锰以减少铁杂质的镁铝硅合金的耐蚀性能的方法。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，Mn含量保持在0.01wt％以上。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，RE含量保持在0.01wt％-0.4wt％的范围内。
全文摘要
本发明涉及一种耐蚀性能得到改善的镁基合金,它含有1.5wt%－5wt%的Al、0.6wt%－1.4wt%的Si、0.01wt%－0.6wt%的Mn、0.01wt%－0.4wt%的RE。本发明还涉及一种通过添加少量RE而使Mn、Fe的含量保持低水平地改善其中添加了锰以减少铁杂质的镁铝硅合金的耐蚀性能的方法。
文档编号C22C23/02GK1354805SQ99816783
公开日2002年6月19日 申请日期1999年10月25日 优先权日1999年7月2日
发明者K·彼得森, M·维德姆, J·I·斯卡 申请人:挪威海德罗公开有限公司