CN104250699A

CN104250699A - 含铌耐腐蚀镁合金

Info

Publication number: CN104250699A
Application number: CN201410519870.XA
Authority: CN
Inventors: 姬胜国
Original assignee: WUDI XIANGSHANG MECHANICAL DESIGN SERVICES Co Ltd
Current assignee: WUDI XIANGSHANG MECHANICAL DESIGN SERVICES Co Ltd
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2014-12-31

Abstract

本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种含铌耐腐蚀镁合金。该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3～4.1wt%，Zn为0.8～1.0wt%，Mn为0.3～0.5wt%，Nb为0.01~0.20wt%，余量为Mg。相对稀土元素、有毒重金属镉，铌在镁合金中的固溶度最大，且在冶炼过程中容易添加，价格相对低廉，既提高AZ30镁合金的耐蚀性，又利于降低镁合金成本。

Description

含铌耐腐蚀镁合金

技术领域

本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种含铌耐腐蚀镁合金。

背景技术

镁合金具有一系列的优点，如具有高的比强度和比刚度，强度接近铝合金，但密度仅为铝合金的2/3、钢的1/4；其弹性模量远大于比强度极高的纤维增强塑料，与高强度铝合金和合金钢大致相同，而且可100％回收，符合环保法；还具有很好的阻尼性能和优良的切削加工性能，其热导率仅次于铝合金且无磁性；另外，尺寸稳定性高，收缩率小，不易因环境温度变化而改变。然而其耐腐蚀性能差成为镁合金工业化应用的障碍，如何提高其耐腐蚀性能显得十分重要。

过添加合金元素来改变镁合金中的相结构及各相自腐蚀电位，从而提高镁合金的耐蚀性，是解决镁合金耐蚀性差的重要途径，也是最本质的方法。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明提供一种含铌耐腐蚀镁合金，解决现有镁合金技术中存在的熔炼时容易燃烧、室温塑性差、力学性能较低、不耐腐蚀等问题，在现有镁合金AZ30的基础上，通过加入定量金属铌进行合金化、改性化处理，使镁合金的耐蚀性能得到明显提高。

本发明所述的技术方案是通过以下措施来实现的：

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3～4.1wt%，Zn为0.8～1.0wt%，Mn为0.3～0.5wt%，Nb为0.01~0.20wt%，余量为Mg。

所述Nb为0.01～0.05wt％。

所述Nb为0.05～0.10wt％。

所述Nb为0.10～0.15wt％。

所述Nb为0.15～0.20wt％。

本发明高强度镁合金的有益效果在于：

（1）铌的加入细化了微观组织，生成了Al₅Nb₃且与Mg、Al、Mn、Zn生成了金属间化合物，添加Nb的合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为表现为多相溶解，新的耐蚀相降低了第二相与基体的电位差，同时β相的减少，使阴极相面积减少，基体耐蚀性增强，降低了合金的腐蚀速率。

（2）合金在3.5%NaCl溶液中，生成了不连续氧化膜，主要成分为Mg(OH)2、MgH₂、Al₂O₃、AlNbO₄，降低了阳极反应有效面积，生成的氧化物填充了不致密的镁合金氧化膜，形成致密的复合保护膜，同时Al、Nb元素在表面膜中的富集降低了合金的腐蚀速率。

（3）相对稀土元素、有毒重金属镉，铌在镁合金中的固溶度最大，且在冶炼过程中容易添加，价格相对低廉，既提高AZ30镁合金的耐蚀性，又利于降低镁合金成本。

具体实施方式

本发明所用的干燥箱为101-3型干燥箱，熔炼炉为ZGJL0.01-40-4型真空感应炉中进行熔炼，不锈钢坩锅尺寸为Φ147x250mm，浇注模具尺寸为Φ63x135mm。原料Mg锭（99.89%）、Al锭（99.95%）、Zn锭（99.99%）、Mn锭（99.98%）和Nb锭（99.99%）均购于国药集团化学试剂有限公司。力学性能测试按照GB/T 4338-2006标准进行，力学性能测试仪器为BA-100C-5型万能材料力学性能测试仪。

腐蚀实验：

腐蚀试样加工成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（200 mgCrO₃/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(清除腐蚀产物)，A为试样的面积，t为腐蚀的时间。

实施例1

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3wt%，Zn为0.8wt%，Mn为0.3wt%，Nb为0.01wt%，余量为Mg。

按配比称量材料，将各组份预热到220℃后，依次将铝锭、锌锭和锰钉放入到预热温度为280℃的低碳钢坩锅中熔化，并通入SF_6-CO₂保护气体(SF₆∶CO₂体积比为1∶10)，待组分完全熔化、熔体温度达到740℃时加入铌锭，铌锭预先加热到200℃，然后连续搅拌，并通入SF₆-CO₂保护气体，直至合金完全熔化，搅拌5min,，当温度达到710℃静置20分钟，并在700℃时进行浇注，最终得到含铌的耐蚀镁合金。

实施例2

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为4.1wt%，Zn为1.0wt%，Mn为0.5wt%，Nb为0.20wt%，余量为Mg。

按配比称量材料，将各组份预热到220℃后，依次将铝锭、锌锭和锰钉放入到预热温度为280℃的低碳钢坩锅中熔化，并通入SF_6-CO₂保护气体(SF₆∶CO₂体积比为1∶10)，待组分完全熔化、熔体温度达到730℃时加入铌锭，铌锭预先加热到200℃，然后连续搅拌，并通入SF₆-CO₂保护气体，直至合金完全熔化，搅拌5min,，当温度达到710℃静置20分钟，并在700℃时进行浇注，最终得到含铌的耐蚀镁合金。

实施例3

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3.5wt%，Zn为0.9wt%，Mn为0.35wt%，Nb为0.05wt%，余量为Mg。

制备耐腐蚀镁合金的方法同实施例1。

实施例4

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3.6wt%，Zn为0.82wt%，Mn为0.36wt%，Nb为0.10wt%，余量为Mg。

制备耐腐蚀镁合金的方法同实施例2。

实施例5

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3.7wt%，Zn为0.84wt%，Mn为0.38wt%，Nb为0.15wt%，余量为Mg。

制备耐腐蚀镁合金的方法同实施例1。

实施例6

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3.8wt%，Zn为0.85wt%，Mn为0.39wt%，Nb为0.16wt%，余量为Mg。

制备耐腐蚀镁合金的方法同实施例2。

实施例7

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为4.0wt%，Zn为0.9wt%，Mn为0.4wt%，Nb为0.06wt%，余量为Mg。

制备耐腐蚀镁合金的方法同实施例2。

实施例8

一种含铌耐腐蚀镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3.9wt%，Zn为0.98wt%，Mn为0.45wt%，Nb为0.18wt%，余量为Mg。

制备耐腐蚀镁合金的方法同实施例2

表1为本发明实施例1~8含铌镁合金与AZ30合金性能对比表

合金成分	腐蚀速度(mg·cm^-2·d^-1)	抗拉强度，MPa	延伸率，％
				AZ30	1.58	120.62	9.8
1	0.38	139.2	5.6
				2	0.43	144.7	6.1
3	0.45	156.8	6.8
				4	0.34	132.1	5.2
5	0.43	139.5	6.4
				6	0.57	138.1	6.6
7	0.22	139.4	5.5
				8	0.24	138.8	6.0

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种含铌耐腐蚀镁合金，其特征在于：该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为3～4.1wt%，Zn为0.8～1.0wt%，Mn为0.3～0.5wt%，Nb为0.01~0.20wt%，余量为Mg。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀镁合金，其特征在于：按重量百分含量，Nb为0.01～0.05wt％。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀镁合金，其特征在于：按重量百分含量，Nb为0.05～0.10wt％。

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀镁合金，其特征在于：按重量百分含量，Nb为0.10～0.15wt％。

5.根据权利要求1所述的耐腐蚀镁合金，其特征在于：按重量百分含量，Nb为0.15～0.20wt％。