CN107058836A - 一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金及其制备方法。该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为10.0～15.0％，Zn为0.1～0.9％，Cr为0.1～0.6％，Be为0.05～0.6％，Mn为0.2～0.5％，余量为Mg。制备方法包括将原料预热、熔融、浇注成型等步骤即可。本发明的优点是，通过在镁基体中添加合金元素铝、锌，铬和铍，通过多元复合作用，提高镁合金的腐蚀电位，降低镁合金的腐蚀电流密度，减小镁合金的腐蚀速率，显著提高镁合金的耐腐蚀性能；本发明提供的镁合金不含昂贵的稀土金属，并且制备工艺简单，合金成本低，应用前景广。

Description

一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金及其制备方法。
【背景技术】
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。镁合金具有密度小(约为1.74g/cm3)，比强度高、比弹性模量大、散热好、消震性好、承受冲击载荷能力比铝合金大等特点。随着各行各业轻量化进程的加剧，镁合金具有越来越广阔的市场前景。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。但是，镁合金的耐腐蚀性差成为了镁合金大规模工业化应用的一个障碍，阻碍了镁合金在更多领域的广泛应用。因此，如何有效提高镁合金耐腐蚀性能，成为一个亟待解决的重要技术课题。
合金化是提高金属材料性能的常用途径。专利(公开号CN104264021B)提出了一种耐腐蚀镁合金，是在现有AZ91镁合金的基础上，通过加入定量金属钒进行合金化、改性化处理；但是单一的添加金属钒，对镁合金腐蚀性能的改善效果有限，难以满足市场需求。专利(公开号CN104264021B)提出了一种耐腐蚀高强度稀土镁合金及其制备工艺，该稀土镁合金中镁合金(包括其杂质)的质量百分比为96％～99.8％，稀土的质量百分比为0.2％～4％。所述的稀土为铈和钇，其中铈占稀土镁合金总质量的百分比为0.1％～2％，钇占稀土镁合金总质量的百分比为0.1％～2％；但是我们都知道稀土元素价格昂贵，使得镁合金成本上升，限制了它的大规模应用。
【发明内容】
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金及其制备方法，解决现有技术中存在的耐腐蚀性能不理想、添加稀土价格昂贵等问题，在镁基体中复合添加合金元素铝、锌，铬和铍以及除杂元素锰，通过多种金属元素的复合合金化，显著改善镁合金的耐腐蚀性，开发出极具实用价值的机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为10.0～15.0％，Zn为0.1～0.9％，Cr为0.1～0.6％，Be为0.05～0.6％，Mn为0.2～0.5％，余量为Mg。
在本发明中，优选地，所述Al的重量百分含量为11～13％。
在本发明中，优选地，所述Zn的重量百分含量为0.3～0.5％。
在本发明中，优选地，所述Cr的重量百分含量为0.2～0.5％。
如上所述一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别置于120±10℃条件下干燥预热2h，以避免水分带入，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后采用熔体浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
在本发明中，进一步的说明，在步骤(2)中，所述的干燥预热的具体方式是：
将原料加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热。
在本发明中，进一步的说明，在步骤(3)中，所述二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1，避免采用成本更高、工艺更为复杂的真空熔炼。
在本发明中，进一步的说明，在(3)中，所述熔体浇注为底注法。
在本发明中，进一步的说明，在步骤(3)中，所述的冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合30-40分钟，进行造粒成型得到粒径大小为3-10mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为280-300℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。相比现有技术，本申请的冷却剂的颗粒具有优异的强度，下落之后不易破碎，从而具有更好的冷却效果，提高冷却的速度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的有益效果在于：一方面，通过在镁基体中复合添加合金元素铝、锌，铬和铍，通过多元复合作用，提高了镁合金的腐蚀电位，降低了镁合金的腐蚀电流密度，减小了镁合金的腐蚀速率，显著提高了镁合金的耐腐蚀性能，获得了一种极具应用价值的机械外壳用高耐腐蚀性镁合金；另一方面，本发明提供的镁合金不含昂贵的稀土金属，并且制备工艺简单，合金成本低，应用前景广。
【具体实施方式】
腐蚀试验：参照中华人民共和国国家标准GB/T10125-1997(人造气氛腐蚀试验盐雾试验)，进行镁合金试样的乙酸盐雾腐蚀试验，在YWX/Q-750型盐雾试验箱中进行，试验温度(35±2)℃、溶液中氯化钠浓度为50g/L±5g/L、收集液pH值为3.2±0.1、试验时间为10天，用镁合金试样的质量损失率表征试样的耐腐蚀性能。质量损失率越小，镁合金的耐腐蚀性能越好；反之，质量损失率越大，镁合金的耐腐蚀性能越差。
实施例1：
1、一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为10.0％，Zn为0.1％，Cr为0.1％，Be为0.05％，Mn为0.2％，余量为Mg。
2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合30分钟，进行造粒成型得到粒径大小为3mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为280℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。
3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金中，具体步骤如下：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为120±10℃条件下干燥预热2h，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1的混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后将熔体采用底注法浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
实施例2：
1、一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为15.0％，Zn为0.9％，Cr为0.6％，Be为0.6％，Mn为0.5％，余量为Mg。
2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合40分钟，进行造粒成型得到粒径大小为10mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为300℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。
3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金中，具体步骤如下：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为120±10℃条件下干燥预热2h，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1的混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后将熔体采用底注法浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
实施例3：
1、一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为11.0％，Zn为0.3％，Cr为0.2％，Be为0.1％，Mn为0.4％，余量为Mg。
2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合35分钟，进行造粒成型得到粒径大小为5mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为285℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。
3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金中，具体步骤如下：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为120±10℃条件下干燥预热2h，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1的混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后将熔体采用底注法浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
实施例4：
1、一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为13.0％，Zn为0.5％，Cr为0.5％，Be为0.4％，Mn为0.4％，余量为Mg。
2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合33分钟，进行造粒成型得到粒径大小为6mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为290℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。
3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金中，具体步骤如下：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为120±10℃条件下干燥预热2h，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1的混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后将熔体采用底注法浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
实施例5：
1、一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为12.5％，Zn为0.4％，Cr为0.3％，Be为0.25％，Mn为0.4％，余量为Mg。
2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合38分钟，进行造粒成型得到粒径大小为8mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为295℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。
3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金中，具体步骤如下：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为120±10℃条件下干燥预热2h，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1的混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后将熔体采用底注法浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
将实施例1-5得到的镁基合金机械材料与Mg-3Al-1Zn镁合金耐腐蚀性能的对比，腐蚀试验：参照中华人民共和国国家标准GB/T10125-1997(人造气氛腐蚀试验盐雾试验)，进行镁合金试样的乙酸盐雾腐蚀试验，在YWX/Q-750型盐雾试验箱中进行，试验温度(35±2)℃、溶液中氯化钠浓度为50g/L±5g/L、收集液pH值为3.2±0.1、试验时间为10天，用镁合金试样的质量损失率表征试样的耐腐蚀性能。质量损失率越小，镁合金的耐腐蚀性能越好；反之，质量损失率越大，镁合金的耐腐蚀性能越差，具体记录见表1：
表1本发明实施例1～5镁合金与Mg-3Al-1Zn镁合金耐腐蚀性能
镁合金 乙酸盐雾腐蚀10天后的质量损失率(％)
实施例1 4.89
实施例2 4.25
实施例3 3.97
实施例4 3.51
实施例5 2.42
Mg-3Al-1Zn 10.48
由上表可知，使用本发明的技术方案制备得到的镁基合金机械材料相比Mg-3Al-1Zn镁合金的具有更优异的阻尼性能。
将实施例1-5得到的冷却剂进行性能检测，对比例是市面采购的钢渣冷却剂A1，
将各个冷却剂分别从3米高的地方喷出落在温度为200±10℃的热镁基合金上，喷的热镁基合金的面积为0.2平方米，检测每0.2平方米面积上的冷却剂的颗粒的破碎率(破碎面积/总面积)，重复3次，求均值，
性能检测对比具体记录见表2：
表2冷却剂性能检测表
由上表可知，使用本发明的技术方案制备得到的冷却剂的颗粒具有优异的强度，下落之后不易破碎，从而具有更好的冷却效果，提高冷却的速度。而外的对比例相比本实施例的破碎率相差较大的原因可能还与受热程度有关。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：该镁合金的化学成分的重量百分含量：Al为10.0～15.0％，Zn为0.1～0.9％，Cr为0.1～0.6％，Be为0.05～0.6％，Mn为0.2～0.5％，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：所述Al的重量百分含量为11～13％。
3.根据权利要求1所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：所述Zn的重量百分含量为0.3～0.5％。
4.根据权利要求1所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：所述Cr的重量百分含量为0.2～0.5％。
5.根据权利要求1所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按要求的成分含量称取金属纯镁、纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，备用；
(2)将步骤(1)称取的原材料分别置于120±10℃条件下干燥预热2h，备用；
(3)将步骤(2)干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤(2)预热好的纯铝、纯锌、Mg-5Cr中间合金、Mg-5Mn中间合金和Mg-5Be中间合金，待金属和合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置15±10min，最后采用熔体浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，得到本发明一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金。
6.根据权利要求5所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的干燥预热的具体方式是：
将原料加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热。
7.根据权利要求5所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1。
8.根据权利要求5所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金的制备方法，其特征在于：在(3)中，所述熔体浇注为底注法。
9.根据权利要求5所述的一种机械外壳用高耐腐蚀性镁合金，其特征在于：在步骤(3)中，所述的冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合30-40分钟，进行造粒成型得到粒径大小为3-10mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为280-300℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；
所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。
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