CN104651694A - 一种镁合金及其制备方法和用途 - Google Patents

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CN104651694A CN201510052169.6A CN201510052169A CN104651694A CN 104651694 A CN104651694 A CN 104651694A CN 201510052169 A CN201510052169 A CN 201510052169A CN 104651694 A CN104651694 A CN 104651694A
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Abstract

本发明涉及一种镁合金及其制备方法和用途；所述镁合金包括如下组分及重量含量：(1)6％≤Y≤15％，1％≤Gd≤6％，0.5％≤Zn≤3％，0.2％≤Zr≤0.9％，其余是Mg以及不可避免的杂质；或，(2)1％≤Nd≤5％，0.2％≤Zr≤0.8％，0.1％≤Zn≤0.5％，其余是Mg以及不可避免的杂质。本发明提供的合金可用于制备适用于氟化氢和氢氟酸环境的装置，并对一切浓度的氢氟酸都有良好的耐蚀性，稀土镁合金的耐蚀温度可达200℃，商用镁合金的耐蚀温度可达85℃，对无水氟化氢的耐蚀性也良好，稀土镁合金的耐蚀温度可达150℃，商用镁合金的耐蚀温度可达55℃，能够满足合金装置在氢氟酸环境中使用的服役要求。

Description

一种镁合金及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种镁合金及其制备方法和用途，具体涉及一种通过综合考虑无水氟化氢和氢氟酸环境中用材料的性能要求，选择合适的镁合金、通过合适的铸造工艺或塑性变形工艺以及相应的热处理工艺从而实现常温和高温高强度、抗无水氟化氢和氢氟酸腐蚀的镁合金管道和容器等的制造，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术
氟化氢(又称无水氟化氢或无水氢氟酸)和氢氟酸(氟化氢的水溶液)是化学工业及国防工业的重要原料，可用于制造聚四氟乙烯、氟致冷剂、氟化铝、冰晶石、原子能工业用的氟化铀,以及分离锆、钽等稀有金属的溶剂等，在原子能工业、航空工业、电子工业等发挥特殊的作用。由于氟化氢和氢氟酸具有很强的腐蚀性，因此，在氟化氢和氢氟酸中工作的材料耐腐蚀性能要求高，通常采用金、铂、镍基合金(如镍铜合金Monel400、镍铬合金Inconel600、镍铬钼合金HastelloyC276)制造管道和容器，这些材料的成本极高。另一方面，镁合金资源丰富，相比上述材料的成本极低，但是，由于镁合金电极电位低、与氧亲和力强、氧化物疏松多孔，所以镁合金在除氢氟酸和铬酸以外的所有无机酸中都是不耐蚀的，而且腐蚀速度相当大，但这也说明了镁合金有望在氟化氢和氢氟酸的储存和运输中得到广泛的应用。
在上述现有技术中，目前在氟化氢和氢氟酸的储存和运输中使用的材料成本高，并且耐氟化氢和氢氟酸腐蚀性能有待提高，极需研制新的材料。
发明内容
针对现有技术现状，本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种镁合金及其制备方法和用途。
镁合金还没有用于制造在氟化氢和氢氟酸中使用的管道和容器等装置，但是，我们的研究发现，镁合金与氟化氢和氢氟酸接触时，表面能够迅速生成致密、稳定的氟化镁保护膜，从而对镁合金起到保护作用，特别是本发明的稀土镁合金，在氟化氢和氢氟酸中具有更为优异的耐腐蚀性能，将其制造成的管道和容器具有成本低、在氟化氢和氢氟酸中具有优异的耐腐蚀性能。
本发明正是为了解决现有技术中的这些问题而完成的，本发明的目的在于提供一种在氟化氢和氢氟酸中应用的镁合金管道和容器等装置及其制造方法，根据本发明的一种在氟化氢和氢氟酸中应用的镁合金装置，能够确保镁合金装置在氟化氢和氢氟酸中的强度、耐蚀性，其结果可以大幅降低制造和使用成本，并且能实现轻量化效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种镁合金，所述镁合金包括如下组分及重量含量：
(Ⅰ)6％≤Y≤15％，1％≤Gd≤6％，0.5％≤Zn≤3％，0.2％≤Zr≤0.9％，其余是Mg以及不可避免的杂质；
或，(Ⅱ)1％≤Nd≤5％，0.2％≤Zr≤0.8％，0.1％≤Zn≤0.5％，其余是Mg以及不可避免的杂质。
对于组分(Ⅰ)和组分(Ⅱ)而言，当稀土的含量低于所述含量范围下限时，合金的强度显著降低；当稀土的含量高于所述含量范围上限时，合金的塑性显著降低。
第二方面，本发明提供一种所述镁合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一，根据所述组分及含量准备原料；
步骤二，将所述组分进行熔炼，即得所述镁合金。
优选地，步骤一中，所述原料包括工业纯镁、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金、工业纯锌、Mg-Zr中间合金等。
优选地，步骤二中，当所述镁合金各组分具体如组分(Ⅰ)所述时，所述熔炼在SF6/CO2气体保护或覆盖剂保护条件下进行，具体步骤如下：
(1)将原料预热至200～250℃，保温2小时以上；
(2)熔炼Mg，在熔炼设备中加入工业纯镁，加热熔炼，得镁液；
(3)加Y和Gd：在700～740℃的温度下向镁液中加入Mg-Y和Mg-Gd中间合金，完全熔化；
(4)加Zn：在650～750℃的温度下向步骤(3)熔液中加入工业纯锌；
(5)加Zr：将步骤(4)熔液温度升至760～780℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升温至780～800℃；
(6)精炼：将步骤(5)所得熔液在780～800℃保温20～30分钟后降温至740～760℃，加入镁合金精炼剂精炼6～20分钟；
(7)静置：静置步骤(6)所得熔液25～40分钟，冷却至700～740℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，冷却即得所述镁合金。
优选地，步骤二中，当所述镁合金各组分具体如组分(Ⅱ)所述时，所述熔炼在SF6/CO2气体保护或覆盖剂保护条件下进行，具体步骤如下：
(1)将原料预热至200～250℃，保温2小时以上；
(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，得镁液；
(3)加Zn：在670～690℃的温度下向所述镁液中加入工业纯锌，完全熔化；
(4)加Nd：在720～740℃的温度下向步骤(3)所述熔液中加入Mg-Nd中间合金；
(5)加Zr：将步骤(4)所得熔液升温至760～780℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升温至780～800℃；
(6)精炼：将步骤(5)所得熔液在780～800℃保温20～30分钟后降温至740～760℃，加入镁合金精炼剂精炼5～20分钟；
(7)静置：静置步骤(6)所得熔液25～40分钟，冷却至700～740℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，冷却即得所述稀土镁合金。
优选地，所述预热的设备包括烘箱。
优选地，所述熔炼设备具体指熔炼炉。
优选地，所述覆盖剂是含MgCl2、KCl、CaF2的镁合金用覆盖剂或硫磺粉。
优选地，所述精炼剂为是常规的含MgCl2、KCl、CaF2的镁合金熔剂。
第三方面，本发明提供一种镁合金在制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置中的用途，所述镁合金包括本发明所述镁合金或商用镁合金；所述商用镁合金包括AZ31、AZ91等。
优选地，所述装置包括管道、容器等。
第四方面，本发明提供一种用所述镁合金制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的制造方法，所述方法包括：
1)制备镁合金熔体，然后浇注入模具中，经固溶处理、冷却处理、时效处理即得所述用于氟化氢、氢氟酸环境的装置；
或，2)制备镁合金铸锭并对其均匀化处理，再将其塑性变形成型，经时效处理即得所述装置。
优选地，方法1)中，所述浇注中镁合金的温度为700～740℃；所述模具在浇注前进行预热处理，预热温度为200～350℃；所述固溶处理的条件为500～550℃、6～24小时；所述冷却包括炉冷、空冷或水淬等方式；所述时效处理的条件为225～300℃、12～48小时。
优选地，方法2)中，所述均匀化处理的条件为500～550℃、6～24小时；所述塑性变形的温度为450～520℃，方式包括挤压、轧制等；所述时效处理的条件为225～300℃、12～48小时。
优选地，所述用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的壁厚为5～80mm。
当镁合金成分为(Ⅰ)的铸造稀土镁合金经固溶和时效处理后，在所得的铸件上取样，测试其室温抗拉强度和延伸率分别为293MPa和1.5％，在高温150℃时的抗拉强度和延伸率分别为323MPa和3.5％，在高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为245MPa和4.6％；在300℃/50MPa测试条件下，该合金仍具有非常优异的抗蠕变性能，100h的蠕变伸长仅为1.82％，其稳态蠕变速率为4.72×10-8s-1。
在两种成分稀土镁合金制造的装置上取样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率≤0.002mm/a，50℃时的腐蚀速率≤0.005mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率≤0.003mm/a，50℃时的腐蚀速率≤0.006mm/a，80℃时的腐蚀速率≤0.008mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率≤0.10mm/a，50℃时的腐蚀速率≤0.30mm/a，80℃时的腐蚀速率≤0.60mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率≤0.25mm/a，50℃时腐蚀速率≤0.30mm/a，80℃时腐蚀速率≤0.80mm/a。
根据本发明的铸造稀土镁合金管道和容器等装置，首先，与现有采用镍铜合金、镍铬合金、镍铬钼合金等制造的管道和容器等装置相比，其成本大大降低，并且其常温、高温强度满足要求，耐腐蚀性能优异，由于采用了比现有材料密度小得多的镁合金作为原材料，大大减轻了管道和容器等装置的重量。
总之，与现有技术相比，本发明具有显著进步，制造的镁合金装置除具有重量轻、工艺简单、成本低之外，还具有非常优异的高温强度并对一切浓度的氢氟酸都有良好的耐蚀性，本发明镁合金的耐蚀温度可达200℃，商用镁合金的耐蚀温度可达85℃，对无水氟化氢的耐蚀性也良好，本发明镁合金的耐蚀温度可达150℃，商用镁合金的耐蚀温度可达55℃，能够满足合金装置在氢氟酸环境中使用的服役要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
1.稀土镁合金的选择
众所周知，镁的电极电位低、与氧亲和力强、氧化镁疏松多孔，因此，镁及镁合金在一般酸性、空气等介质中的耐腐蚀性都很差，但是，我们的研究成果发现，镁及镁合金表面在氟化氢及氢氟酸中能迅速生成致密的氟化镁膜，隔绝镁及镁合金与氟化氢及氢氟酸的进一步反应，因此，镁及镁合金在氟化氢及氢氟酸中具有很好的耐腐蚀性。研究还发现，稀土能有效提高镁合金的常温、高温强度和长期抗蠕变性能，稀土镁合金主要应用于在200～300℃长期工作的部件，同时能够提高镁合金的抗腐蚀性能，含稀土元素的镁合金，在氟化氢及氢氟酸中的耐腐蚀性能也显著提高。其中，Y、Nd、Gd等元素均可大幅度地提高镁合金的常温、高温强度、抗蠕变性能，以及在氟化氢及氢氟酸中的腐蚀性能。本发明的稀土镁合金不仅具有良好的常温、高温强度，在300℃温度条件下的抗蠕变性能优异，在氟化氢及氢氟酸中的腐蚀性能同样优异。与目前在氟化氢及氢氟酸中环境中应用的镍基合金等材料相比，其成本显著降低，因此，应用于在氟化氢及氢氟酸中的管道和容器等装置上具有明显的优势。
2.铸造工艺及热处理工艺参数的选择。
本发明采用铸造方法制造镁合金管道和容器等装置。通过控制浇铸温度、模具温度、充型压力和保压时间，防止氧化燃烧和热裂，保证浇注过程中镁合金液充型良好，凝固速度和组织结构得到有效控制，获得无铸造缺陷的在氟化氢及氢氟酸中应用的管道和容器等装置。对应于不同铸造方法获得的在氟化氢及氢氟酸中应用的稀土镁合金管道和容器等装置，分别采用不同的固溶处理和时效处理工艺参数，最后获得性能优异的铸造镁合金管道和容器等装置。
制造上述稀土镁合金管道和容器等装置可以采用以下铸造方法及其对应的热处理。
下面，以上述管道和容器的具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
本发明提供一种镁合金及用所述镁合金制备的管道装置，具体如下所述：
镁合金管道的合金成分(重量百分比)：6％Y、6％Gd、3％Zn、0.9％Zr，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Y和Gd：在730℃的温度下向镁液中加入烘干的Mg-Y和Mg-Gd中间合金；(4)加Zn：待中间合金完全熔化后，在700℃的温度下加入工业纯锌；(5)加Zr：将镁液温度升至760℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2分钟以促使其充分熔化，升高镁液温度至780℃；(6)精炼：在780℃保温20分钟后降温至760℃，采用镁合金精炼剂精炼6分钟；(7)精炼后静置30分钟，待镁液冷却至740℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将740℃镁合金熔体浇铸到300℃钢质管道模具中，制得镁合金管道。
对制得的镁合金管道进行525℃、20小时的固溶处理，之后进行水淬，之后再进行225℃、24小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金管道。
本实施例的镁合金管道的室温抗拉强度和延伸率分别为290MPa和0.83％，在高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为235MPa和6％；300℃/50MPa蠕变条件下，其稳态蠕变速率为4.22×10-8s-1，100小时的蠕变伸长为1.63％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0019mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0048mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0027mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0055mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0076mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.086mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.59mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.24mm/a，50℃时腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时腐蚀速率为0.80mm/a。
实施例2
本发明提供一种镁合金及用所述镁合金制备的容器装置，具体如下所述：
镁合金容器的合金成分(重量百分比)：15％Y、1％Gd、0.5％Zn、0.2％Zr,杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Y和Gd：在730℃的温度下向镁液中加入烘干的Mg-Y和Mg-Gd中间合金；(4)加Zn：待中间合金完全熔化后，在700℃的温度下加入工业纯锌；(5)加Zr：将镁液温度升至760℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2分钟以促使其充分熔化，升高镁液温度至780℃；(6)精炼：在780℃保温20分钟后降温至760℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置30分钟，待镁液冷却至730℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将730℃镁合金熔体浇铸到250℃钢质容器模具中，制得镁合金容器。
对制得的镁合金容器进行515℃、20小时的固溶处理，之后进行水淬，之后再进行225℃、24小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金容器。
本实施例的镁合金容器的室温抗拉强度和延伸率分别为265MPa和0.94％，高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为223MPa和6.5％；300℃/50MPa蠕变条件下，其稳态蠕变速率为5.21×10-8s-1，100小时的蠕变伸长为2.06％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0018mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0049mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0029mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0059mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0076mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.095mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.54mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.24mm/a，50℃时腐蚀速率为0.29mm/a，80℃时腐蚀速率为0.78mm/a。
实施例3
本发明提供一种镁合金及用所述镁合金制备的管道装置，具体如下所述：
镁合金管道的合金成分(重量百分比)：12％Y、5％Gd、2％Zn、0.3％Zr，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Y和Gd：在730℃的温度下向镁液中加入烘干的Mg-Y和Mg-Gd中间合金；(4)加Zn：待中间合金完全熔化后，在700℃的温度下加入工业纯锌；(5)加Zr：将镁液温度升至760℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2分钟以促使其充分熔化，升高镁液温度至780℃；(6)精炼：在780℃保温20分钟后降温至760℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置35分钟，待镁液冷却至730℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将730℃镁合金熔体浇铸到250℃钢质铸锭模具中，制得镁合金铸锭。
对制得的镁合金铸锭进行500℃、24小时的均匀化处理，之后在520℃下挤压成型，之后再进行225℃、48小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金管道。
本实施例的镁合金管道的室温抗拉强度和延伸率分别为306MPa和3.5％，高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为243MPa和8.19％；300℃/50MPa蠕变条件下，其稳态蠕变速率为3.26×10-8s-1，100小时的蠕变伸长为2.12％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0018mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0049mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0028mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0057mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0079mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.099mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.59mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.23mm/a，50℃时腐蚀速率为0.27mm/a，80℃时腐蚀速率为0.78mm/a。
实施例4
本发明提供一种镁合金及用所述镁合金制备的管道容器，具体如下所述：
镁合金容器的合金成分(重量百分比)：5％Nd、0.1％Zn、0.2％Zr、杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Zn：在670℃的温度下向镁液中加入烘干的纯Zn；(4)加Nd：待所述中间合金完全熔化后，在720℃的温度下加入Mg-Nd中间合金；(5)加Zr：将镁液温度升至760℃加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升高镁液温度至780℃；(6)精炼：在780℃保温20分钟后降温至760℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置40分钟，待镁液冷却至740℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将740℃镁合金熔体浇铸到300℃钢质铸锭模具中，制得镁合金铸锭。
对制得的镁合金铸锭进行550℃、6小时的均匀化处理，之后在450℃下轧制成型，之后再进行300℃、12小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金容器。
本实施例的镁合金容器的室温抗拉强度和延伸率分别为286MPa和5.1％，高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为241MPa和9.7％；300℃/50MPa蠕变条件下，其稳态蠕变速率为4.84×10-8s-1，100小时的蠕变伸长为1.93％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.002mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0047mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.003mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0058mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.008mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.096mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.30mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.57mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.25mm/a，50℃时腐蚀速率为0.29mm/a，80℃时腐蚀速率为0.80mm/a。
实施例5
本发明提供一种镁合金及用所述镁合金制备的管道装置，具体如下所述：
镁合金管道的合金成分(重量百分比)：1％Nd、0.5％Zn、0.8％Zr、杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Zn：在680℃的温度下向镁液中加入烘干的纯Zn；(4)加Nd：待所述中间合金完全熔化后，在730℃的温度下加入Mg-Nd中间合金；(5)加Zr：将镁液温度升至770℃加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升高镁液温度至790℃；(6)精炼：在790℃保温20分钟后降温至740℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置30分钟，待镁液冷却至720℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将720℃镁合金熔体浇铸到250℃钢质管道模具中，制得镁合金管道。
对制得的镁合金管道进行535℃、20小时的固溶处理，之后进行水淬，之后再进行225℃、24小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金管道。
本实施例的镁合金管道的室温抗拉强度和延伸率分别为298MPa和6.07％，高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为251MPa和11.24％；300℃/50MPa蠕变条件下，其稳态蠕变速率为2.06×10-7s-1，100小时的蠕变伸长为8.14％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0017mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.005mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0028mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.006mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0077mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.10mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.60mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.23mm/a，50℃时腐蚀速率为0.30mm/a，80℃时腐蚀速率为0.78mm/a。
实施例6
本发明提供一种镁合金及用所述镁合金制备的管道装置，具体如下所述：
镁合金容器的合金成分(重量百分比)：3％Nd、0.2％Zn、0.5％Zr，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Zn：在690℃的温度下向镁液中加入烘干的纯Zn；(4)加Nd：待所述中间合金完全熔化后，在740℃的温度下加入Mg-Nd中间合金；(5)加Zr：将镁液温度升至780℃加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升高镁液温度至800℃；(6)精炼：在800℃保温20分钟后降温至750℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置30分钟，待镁液冷却至700℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将700℃镁合金熔体浇铸到280℃钢质铸锭模具中，制得镁合金铸锭。
对制得的镁合金铸锭进行520℃、12小时的均匀化处理，之后在480℃下挤压成型，之后再进行250℃、24小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金容器。
本实施例的镁合金容器的室温抗拉强度和延伸率分别为348MPa和8.93％，高温300℃测试时的抗拉强度和延伸率分别为286MPa和12.03％；300℃/50MPa蠕变条件下，其稳态蠕变速率为5.46×10-8s-1，100小时的蠕变伸长为2.42％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0017mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0046mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0029mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0056mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0075mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.096mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.59mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.23mm/a，50℃时腐蚀速率为0.29mm/a，80℃时腐蚀速率为0.78mm/a。
实施例7
本实施例涉及AZ31商用镁合金在耐氢氟酸上的应用，具体包括：使用AZ31商用镁合金制造管道，其合金成分为(重量百分比)：3.1％Al、0.6％Zn、0.3％Mn，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Zn：在690℃的温度下向镁液中加入烘干的纯Zn；(4)加Al、Mn：待所述中间合金完全熔化后，在740℃的温度下加入Al-Mn中间合金；(6)精炼：在800℃保温20分钟后降温至750℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置30分钟，待镁液冷却至700℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将700℃镁合金熔体浇铸到280℃钢质铸锭模具中，制得镁合金铸锭。
对制得的镁合金铸锭进行530℃、16小时的均匀化处理，之后在500℃下挤压成型，之后再进行250℃、24小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金容器。
本实施例的镁合金容器的室温抗拉强度和延伸率分别为280MPa和10.2％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0019mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0047mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0028mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.0059mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0076mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.098mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.29mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.60mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.24mm/a，50℃时腐蚀速率为0.30mm/a，80℃时腐蚀速率为0.80mm/a。
实施例8
本实施例涉及AZ91商用镁合金在耐氢氟酸上的应用，具体包括：
使用AZ91商用镁合金制造管道，其合金成分为(重量百分比)：9.0％％Al、0.65％Zn、0.35％Mn，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。
该合金的熔炼工艺具体步骤为：(1)按照上述成分配置合金，将纯镁及所用中间合金在烘箱中预热至200℃，保温2小时；(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，同时采用SF6/CO2混合气体进行保护；(3)加Zn：在690℃的温度下向镁液中加入烘干的纯Zn；(4)加Al、Mn：待所述中间合金完全熔化后，在740℃的温度下加入Al-Mn中间合金；(6)精炼：在800℃保温20分钟后降温至750℃，采用镁合金精炼剂精炼10分钟；(7)精炼后静置30分钟，待镁液冷却至700℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，准备浇注。
将720℃镁合金熔体浇铸到250℃钢质管道模具中，制得镁合金管道。
对制得的镁合金管道进行535℃、20小时的固溶处理，之后进行水淬，之后再进行225℃、24小时的时效处理，最后获得高强度耐氢氟酸和无水氟化氢腐蚀的镁合金管道。
本实施例的镁合金管道的室温抗拉强度和延伸率分别为220MPa和1.1％。对试样进行挂片腐蚀测试，在无水氟化氢中20℃时的腐蚀速率为0.0019mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.005mm/a；在99％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.0029mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.006mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.0078mm/a；80％氢氟酸中20℃时的腐蚀速率为0.098mm/a，50℃时的腐蚀速率为0.28mm/a，80℃时的腐蚀速率为0.57mm/a；40％氢氟酸中20℃时腐蚀速率为0.23mm/a，50℃时腐蚀速率为0.29mm/a，80℃时腐蚀速率为0.78mm/a。
实施例1～6制造的镁合金装置除具有重量轻、工艺简单、成本低之外，还具有非常优异的高温强度并对一切浓度的氢氟酸都有良好的耐蚀性。经检测，本发明镁合金的耐蚀温度可达200℃，商用镁合金(实施例7～8)的耐蚀温度可达85℃，对无水氟化氢的耐蚀性也良好，本发明镁合金的耐蚀温度可达150℃，商用镁合金(实施例7～8)的耐蚀温度可达55℃，能够满足合金装置在氢氟酸环境中使用的服役要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种镁合金，其特征在于，所述镁合金包括如下组分及重量含量：
(Ⅰ)6％≤Y≤15％，1％≤Gd≤6％，0.5％≤Zn≤3％，0.2％≤Zr≤0.9％，其余是Mg以及不可避免的杂质；
或，(Ⅱ)1％≤Nd≤5％，0.2％≤Zr≤0.8％，0.1％≤Zn≤0.5％，其余是Mg以及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一，根据所述组分及含量准备原料；
步骤二，将所述组分进行熔炼，即得所述镁合金；
其中，所述原料包括工业纯镁、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金、工业纯锌、Mg-Zr中间合金。
3.根据权利要求2所述的镁合金的制备方法，其特征在于，步骤二中，当所述镁合金各组分具体如组分(Ⅰ)所述时，所述熔炼在SF6/CO2气体保护或覆盖剂保护条件下进行，具体步骤如下：
(1)将原料预热至200～250℃，保温2小时以上；
(2)熔炼Mg，在熔炼设备中加入工业纯镁，加热熔炼，得镁液；
(3)加Y和Gd：在700～740℃的温度下向镁液中加入Mg-Y和Mg-Gd中间合金，完全熔化；
(4)加Zn：在650～750℃的温度下向步骤(3)熔液中加入工业纯锌；
(5)加Zr：将步骤(4)熔液温度升至760～780℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升温至780～800℃；
(6)精炼：将步骤(5)所得熔液在780～800℃保温20～30分钟后降温至740～760℃，加入镁合金精炼剂精炼6～20分钟；
(7)静置：静置步骤(6)所得熔液25～40分钟，冷却至700～740℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，冷却即得所述镁合金。
4.根据权利要求2所述的镁合金的制备方法，其特征在于，步骤二中，当所述含量的镁合金各组分具体如组分(Ⅱ)所述时，所述熔炼在SF6/CO2气体保护或覆盖剂保护条件下进行，具体步骤如下：
(1)将原料预热至200～250℃，保温2小时以上；
(2)熔炼Mg：在熔炼炉中加入工业纯镁，加热熔炼，得镁液；
(3)加Zn和Ca：在670～690℃的温度下向所述镁液中加入工业纯锌、Mg-Ca中间合金，完全熔化；
(4)加Nd：在720～740℃的温度下向步骤(3)所述熔液中加入Mg-Nd中间合金；
(5)加Zr：将步骤(4)所得熔液升温至760～780℃后加入Mg-Zr中间合金，搅拌2～5分钟以促使其充分熔化，升温至780～800℃；
(6)精炼：将步骤(5)所得熔液在780～800℃保温20～30分钟后降温至740～760℃，加入镁合金精炼剂精炼5～20分钟；
(7)静置：静置步骤(6)所得熔液25～40分钟，冷却至700～740℃后撇去表面浮渣，获得镁合金熔体，冷却即得所述稀土镁合金。
5.根据权利要求3或4所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述覆盖剂是含MgCl2、KCl、CaF2的镁合金用覆盖剂或硫磺粉；所述精炼剂为是常规的含MgCl2、KCl、CaF2的镁合金熔剂。
6.一种镁合金在制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置中的用途，其特征在于，所述镁合金包括如权利要求1所述的镁合金或商用镁合金。
7.一种用权利要求1所述的镁合金制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的制造方法，所述方法包括：
1)制备镁合金熔体，然后浇注入模具中，经固溶处理、冷却处理、时效处理即得所述用于氟化氢、氢氟酸环境的装置；
或，2)制备镁合金铸锭并对其均匀化处理，再将其塑性变形成型，经时效处理即得所述用于氟化氢、氢氟酸环境的装置。
8.根据权利要求7所述的镁合金制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的制造方法，其特征在于，方法1)中，所述浇注中镁合金的温度为700～740℃；所述模具在浇注在前进行预热处理，预热温度为200～350℃；所述固溶处理的条件为500～550℃、6～24小时；所述冷却包括炉冷、空冷或水淬等方式；所述时效处理的条件为225～300℃、12～48小时。
9.根据权利要求7所述的镁合金制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的制造方法，其特征在于，方法2)中，所述均匀化处理的条件为500～550℃、6～24小时；所述塑性变形的温度为450～520℃，方式包括挤压或轧制；所述时效处理的条件为225～300℃、12～48小时。
10.根据权利要求7所述的镁合金制备用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的制造方法，其特征在于，所述用于氟化氢、氢氟酸环境的装置的壁厚为5～80mm。
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