CN102676897A - 一种耐蚀镁铝基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐蚀镁铝基合金，其化学成分为Mg-xAl-yMn-zCd，其中x、y和z为质量分数，x为1-30%，y为0-3%，z为0-10%；其制备方法是将原料金属粉压制成块体，在400-520℃、30MPa压力下，等离子烧结5-10min，得到合金前驱体；将该合金前驱体用钽箔包裹，在2-10GPa、1.1Tm(Tm:熔点)下，熔融保温30min后吹氮气快速凝固；然后在0.1-0.2Tm下，时效2-24小时，即得到强度高，耐腐蚀性能突出的镁合金。本发明工艺简单，成本低，镁铝基合金的耐腐蚀性能提高了10～12倍，不存在表层破坏的问题，合金使用范围更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料及其制备方法，特别涉及一种镁铝基合金及其制备方法。
背景技术
镁是工程应用中最活泼的金属, 其标准电极电位比铁、铝、锌、铜等金属都负,很容易在含氧介质中发生氧化，生成氧化镁或者氢氧化镁。同时，由于镁氧化产物的特性，即在表面富集的表面氧化膜一般稀松多孔, 耐蚀能力低，无法完全隔绝腐蚀介质和基体，从而使腐蚀介质渗透氧化层，导致合金逐步完全腐蚀。另外，镁合金在潮湿空气或水溶液中会遭受电化学腐蚀, 降低镁合金性能, 大大限制其使用范围。因此，目前为止，所有应用镁合金都需要做好表层防腐处理，以延长产品的使用寿命。
为了增强镁合金耐蚀性的途径，目前主要有4种方式改善环境的腐蚀性[J. Campbell. Castings. Oxford: Elsevier Science, 1993.]：1）表面处理，就是加入表面处理剂，如磷酸处理或锰酸处理等等酸性处理；2）电镀处理，就是通过化镍电镀等等工艺做表面的镀层处理,根据产品使用条件需求去做镍,锌电镀，或者阳极处理；3) 烤漆处理，预先进行氧化处理，再做烤漆处理，可以依照需求在油漆上加耐腐蚀的漆料；4）微弧氧化处理，这是一种通入电压促使镁合金工件表面做化学反应的处理。但是,实际使用结果表明以上现有技术还存在有如下不足：
第一，一旦表面的防腐耐蚀涂层在使用过程中损坏，合金的腐蚀性能急剧下降，有些金属涂层和基体合金直接构成原电池，加速合金的腐蚀[陈振华. 镁合金. 北京: 化学工业出版社, 2004]。
第二，成本较高，而且涂层不可修复。
第三，对产品的规格要求严格，处理工艺复杂，控制质量困难。
第四，涂层的耐磨性差，涂层和基体的结合力弱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、能大幅提高耐腐蚀性能的耐蚀镁铝基合金及其制备方法。本发明主要是通过高压方法增加合金化元素的固溶量，减少第二相，通过快速凝固改善合金凝固组织，进而获得组织均匀的耐蚀镁铝基合金。
本发明的技术方案如下：
一、本发明的耐蚀镁基合金的主要化学成为Mg-xAl-yMn-zCd，其中x、y和z为质量分数，x为1-30 %，y为0-3%，z为0-10%。上述元素均为纯金属粉。
二、上述耐蚀镁基合金的制备方法：
1、等离子烧结：将镁、铝、锰、镉纯金属粉压制成直径为25-35 mm，高为10-20 mm的块体，在400-520 ℃、30 MPa压力下，等离子烧结5-10 min，得到合金前驱体。
2、高压熔炼：将上述合金前驱体用钽箔包裹，在2-10GPa、1.1Tm（Tm：熔点）下，熔融保温30 min后吹氮气快速凝固。
3、时效强化处理：在0.1-0.2Tm下，时效2-24小时，即可得到强度高，耐腐蚀性能突出的镁铝基合金。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、通过高压增加合金化元素在镁基体中的固溶量，在腐蚀降解过程中生成致密的富铝氧化膜，改善氧化层的致密性，进而提高合金的耐蚀性。与传统的其它铸造方法得到的镁合金相比，本发明的镁铝基合金的耐腐蚀性能提高了10～12倍。
2、工艺简单，成本低，腐蚀性能可以根据要求，通过调节Al，Mn，Cd的含量加以控制。
3、和传统的涂层比，本耐蚀镁铝基合金不存在表层破坏的问题，使用范围更加广泛。
附图说明
图1 是本发明实施例1～4所获得的镁铝基合金与传统的其他铸造方法制备的合金在3.5 wt%NaCl溶液中的腐蚀速率对比图。
图2 是本发明实施例2所获得的Mg-1Al-10Cd合金与常压铸造的镁合金的金相组织图，(a) 为常压铸造的镁合金； (b)为 Mg-1Al-10Cd合金。
图3 是本发明实施例3获得的Mg-20Al-1Mn-5Cd 合金与常压铸造的镁合金在3.5 wt%NaCl浸泡后的对比腐蚀形貌图，(a) 为常压铸造的镁合金； (b)为Mg-20Al-1Mn-5Cd合金。
具体实施方式：
实施例 1
取 Al 150g、Mn 15g、Mg 335g，上述原料均为99.5%的纯金属粉，将上述纯金属粉原料压制成直径为35 mm，高为10 mm的块体，在400 ℃、30 MPa压力下，等离子烧结5 min，得到合金前驱体。将上述合金前驱体用钽箔包裹，在10GPa、1.1Tm（Tm：熔点）下，熔融保温30 min后吹氮气快速凝固。然后在0.1Tm下，时效24小时，即得到强度高、耐腐蚀性能突出的Mg-30Al-3Mn镁合金。
如图1所示，在3.5 wt%NaCl溶液中浸泡后，本实施例获得的Mg-30Al-3Mn合金与传统的其他铸造方法制备的镁合金相比，其耐腐蚀性能提高了10倍。
实施例 2
取Al 5g、Cd 50g、、Mg 445g，上述原料均为99.5%的纯金属粉，将上述纯金属粉原料压制成直径为25 mm，高为20 mm的块体，在520 ℃、30 MPa压力下，等离子烧结10 min，得到合金前驱体。将上述合金前驱体用钽箔包裹，在2 GPa、1.1Tm（Tm：熔点）下，熔融保温30 min后吹氮气快速凝固。然后在0.2Tm下，时效2小时，即得到强度高、耐腐蚀性能突出的Mg-1Al-10Cd镁合金。
如图1所示，在3.5 wt%NaCl溶液中浸泡后，本实施例获得的Mg-1Al-10Cd合金与传统的其他铸造方法制备的镁合金相比，其耐腐蚀性能提高了12倍。
如图2所示，本实施例获得的Mg-1Al-10Cd合金与常压铸造的镁合金相比，其合金的枝晶间距明显下降，细化作用明显。
实施例 3
取 Al 100g、Mn 5g、Cd 25g、Mg 370g，上述原料均为99.5%的纯金属粉，将上述纯金属粉原料压制成直径为30 mm，高为15 mm的块体，在480 ℃、30 MPa压力下，等离子烧结8 min，得到合金前驱体。将上述合金前驱体用钽箔包裹，在6 GPa、1.1Tm（Tm：熔点）下，熔融保温30 min后吹氮气快速凝固。然后在0.2Tm下，时效14小时，即可得到强度高，耐腐蚀性能突出的Mg-20Al-1Mn-5Cd镁合金。
如图1所示，在3.5 wt%NaCl溶液中浸泡后，本实施例获得的Mg-20Al-1Mn-5Cd合金与传统的其他铸造方法制备的镁合金相比，其耐腐蚀性能提高了11倍。
如图3所示，本实施例获得的的Mg-20Al-1Mn-5Cd 合金与常压铸造镁合金对照，可以看出在3.5 wt%NaCl浸泡后，Mg-20Al-1Mn-5Cd合金表面点腐蚀现象完全消失，合金表面形成连续的枝晶结构，阻碍了表面腐蚀液体和基体的接触。
实施例 4
取 Al 50g、Mn 10g、Cd 40g、Mg 400g，上述原料均为99.5%的纯金属粉，将上述纯金属粉原料压制成直径为32 mm，高为12 mm的块体，在440 ℃、30 MPa压力下，等离子烧结 7 min，得到合金前驱体。将上述合金前驱体用钽箔包裹，在8 GPa、1.1Tm（Tm：熔点）下，熔融保温30 min后吹氮气快速凝固。然后在0.2Tm下，时效9小时，即可得到强度高、耐腐蚀性能突出的Mg-10Al-2Mn-8Cd镁合金。
如图1所示，在3.5 wt%NaCl溶液中浸泡后，本实施例获得的Mg-10Al-2Mn-8Cd合金的与传统的其他铸造方法制备的镁合金相比，其耐腐蚀性能提高了12倍。
Claims (2)
1.一种耐蚀镁铝基合金，其特征在于：它的化学成分为Mg-xAl-yMn-zCd，其中 x、y和z为质量分数，x为1-30 %，y为0-3%，z为0-10%。
2.上述权利要求1的一种耐蚀镁铝基合金的制备方法，其特征在于：
（1）将镁、铝、锰、镉纯金属粉压制成直径为25-35 mm，高为10-20 mm的块体，在400-520 ℃、30 MPa压力下，等离子烧结5-10 min，得到合金前驱体；
（2）将上述合金前驱体用钽箔包裹，在2-10Gpa、1.1Tm下，熔融保温30 min后吹氮气快速凝固；
（3）在0.1-0.2Tm下，时效2-24小时。
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