CN107937781B - 一种耐腐蚀支架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀支架，属于合金材料技术领域。所述的支架由镁合金制成，所述的镁合金由如下质量百分比的组分组成Al6.5‑7.0％，Zn0.35‑0.4％，Mn0.15‑0.25％，Si0.08‑0.12％，Nd0.05‑0.15％，Ca0.08‑0.15％，La0.20％‑0.80％，余量为Mg。本发明采用配伍合理的镁合金制成支架，并采用冷轧制坯，紧接着将坯件升至较高温度进行保温，通过瞬间的温差，提高坯件的强度并缩短保温时间，冷却后再升温至较低温度即可获得性能较好的坯件。接着对支架半成品进行微弧氧化和防锈处理，进一步提高支架的耐磨性。

Description

一种耐腐蚀支架
技术领域
本发明涉及一种耐腐蚀支架，属于合金材料技术领域。
背景技术
目前，随着人们对能源和环境的日益关注，有“绿色金属”之称的镁及镁合金正受到前所未有的关注，而由于其拥有高强度、高刚度、体轻、隔音减震等很多优点，已成为世界公认的取代铝的最佳材料，在航天、军工、汽车、通信、电子、医药等方面都有着极其广泛和重要的应用。受益于资源优势，我国镁金属方面在世界上具有举足轻重的地位。自1999年以来，我国金属镁产量保持10年位居世界第一的位置。
镁的合金也具有比强度高、加工性能好、能量衰减系数大等优点,但镁的电极电位很低(为-2.37V)，即使在大气环境中也会形成氧化膜,而这种氧化膜的PBR值小于1(为0.99)，恒温氧化动力学曲线呈线性关系，因此，镁的自然氧化膜疏松多孔易脱落，导致镁及其合金的耐蚀性很差，应用受到限制。国内外研究人员运用各种方法对其进行表面处理，以提高它的耐蚀性、耐磨性,现已取得很大进展。目前，镁及其合金材料已广泛应用于汽车、航空、军事等领域。分类论述镁及其合金材料表面处理方法的研究进展。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供高强度、耐腐蚀的支架。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐腐蚀支架，所述的支架由镁合金制成，所述的镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：6.5-7.0％，Zn：0.35％-0.4％，Mn：0.15-0.25％，Si：0.08-0.12％，Nd：0.05-0.15％，Ca：0.08％-0.15％，La：0.20％-0.80％，余量为Mg。
本发明在镁合金的基础上，加入适量的Nd以及稀土La，通过碱土元素Ca改善镁合金的高温性能，稀土元素加强固溶强化作用，并显著提高镁合金的耐腐蚀性能，以及这些成分之间的协同作用，得到具有良好的力学性能和耐腐蚀的镁合金，稀土元素La在镁中的固溶度大，可起到固溶强化、沉淀强化等作用，其在镁中的扩散系数小，通过减慢再结晶过程和提高再结晶温度，可以减小晶界和相界的扩散渗透性以及相界的聚集作用，而且稀土元素能与Mg、Al、Zn、Mn等形成高熔点、热稳定性好的金属间化合物以实现弥散强化作用，从而提高镁合金的耐热性、抗高温蠕变性等。经研究发现，镁合金高温蠕变的失效形式主要表现为沿晶断裂，在合金的晶界处，非连续沉淀相Mg12Al12与基体的结合较弱，容易产生裂纹，随着晶界的滑动，裂纹逐步扩展为空洞，并在温度和英语的共同作用下形成空洞，空洞通过位错滑移和晶界滑动，沿着垂直于应力方向的晶界扩展，进一步扩展接连而形成沿晶裂纹。本发明将配伍合理的镁合金制成支架，提高支架的强度和耐腐蚀性。
本发明的另一个目的还在于提供上述支架的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：
S1、球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下进行球磨得粉末；
S2、冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
S3、热处理：将坯件先在520-550℃下保温6-10h，随炉冷却，然后以1-2℃/s的速度升温至300-330℃，保温2-5h后空冷至室温，得支架半成品；
S4、微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制电流密度与通电时间进行微弧氧化；
S5、防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂进行防锈处理，制得最终耐腐蚀支架成品。
本发明采用的冷轧制坯，紧接着将坯件升至较高温度进行保温，可以通过瞬间的温差，不仅提高坯件的强度还可以大大缩短保温时间，冷却后再升温至较低温度即可获得性能较好的坯件。接着对支架半成品进行微弧氧化，微弧氧化后又进行防锈处理，进一步提高了支架的耐磨性。
在上述耐腐蚀支架的加工方法中，在球磨过程中还加入了无水乙醇。无水乙醇不能与Mg元素发生反应，且无水乙醇的后处理步骤简单，将无水乙醇加入到球磨机中，能防止Mg的氧化，并且防止金属元素粘附于球磨机上。
作为优选，所述无水乙醇的加入量为镁合金原料质量的0.8-1.5％。
作为优选，球磨时球磨机的转速为450-500r/min，球磨时间为5-8h。
在上述耐腐蚀支架的加工方法中，微弧氧化的温度为60-70℃，电流密度为8-15A/dm2，通电时间为10-20min。在同一温度下，随着电流密度的增加电流效率上升。当在一定温度下，电流密度达到一定值后，电流效率基本恒定不变。如本发明微弧氧化过程中，当溶液温度为65℃，电流密度小于18A/dm2区间，随着电流密度从8A/dm2增加到18A/dm2时，相应的电流效率提高较多，但当电流密度从18A/dm2增加到28A/dm2时，电流效率变化极其不明显。在电流密度小于8A/dm2，随着溶液温度上升，电流效率明显下降。因此，本发明微弧氧化过程中优选电流密度为8-15A/dm2。
作为优选，微弧氧化的电流密度逐渐升高，具体为：在5-10min内先升高至8-12A/dm2，在10-20min时升高至12-18A/dm2。因为支架的镁合金表面极易在很短的时间内形成一层薄而致密的氧化膜，在这个膜上微弧氧化很难与基体金属结合力好的镀层，所以必须采取特殊的给电方法。本发明电镀时采用的电镀液为镁合金常规使用的电镀液，如：CrO3:150-200g/L，H2SO4:1.5-2.0g/L，Cr3+：1.2-3.2g/L，CrO3:H2SO4＝95:100-100:105。
在上述耐腐蚀支架的加工方法中，防锈处理中的防锈剂为：偏磷酸钠180-200g/L，三乙醇胺1.2-1.5g/L，酒石酸1.2-1.5g/L，苹果酸钠0.18-0.22g/L，柠檬酸钠0.5-0.6g/L，月桂酸0.3-0.6g/L。传统的亚硝酸盐型防锈剂虽然防锈效果良好但是对环境及人体有毒。而本发明中的防锈剂为不含亚硝酸盐的水溶性防锈剂，通过合理配比防锈剂中的上述成分，这些成分毒副作用极小，环保且防锈效果好，能在电镀后的支架上形成一层保护膜，延缓再次腐蚀的时间，进而提高提高支架的使用寿命。
作为优选，防锈处理的温度为25-35℃，防锈处理的时间为15-20s。使用本发明上述的防锈剂可在常温下进行即可，且大大缩短了防锈处理的时间。
作为优选，防锈处理过程中还包括通入防锈液辅助气体CO2。辅助通有CO2气体，能够防止镁合金的氧化作用，进而进一步提高支架的耐蚀性能。
与现有技术相比，本发明采用配伍合理的镁合金制成支架，并采用冷轧制坯，紧接着将坯件升至较高温度进行保温，通过瞬间的温差，提高坯件的强度并缩短保温时间，冷却后再升温至较低温度即可获得性能较好的坯件。接着对支架半成品进行微弧氧化和防锈处理，进一步提高支架的耐磨性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下加入占镁合金原料质量的1.2％的无水乙醇进行球磨，球磨机的转速为480r/min，球磨时间为6h，得粉末；镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：6.8％，Zn：0.38％，Mn：0.2％，Si：0.1％，Nd：0.1％，Ca：0.12％，La：0.50％，余量为Mg。
冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
热处理：将坯件先在540℃下保温8h，随炉冷却，然后以1.5℃/s的速度升温至315℃，保温3h后空冷至室温，得支架半成品；
微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制电流密度与通电时间进行微弧氧化；微弧氧化的温度为65℃，在前7min内电流密度先升高至10A/dm2，在后8min内再升高至15A/dm2；电镀液中CrO3:160g/L，H2SO4:1.8g/L，Cr3+：2.2g/L，CrO3:H2SO4＝95:100。
防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂通入辅助气体CO2，在30℃下防锈处理18s，制得最终耐腐蚀支架成品。
实施例2
球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下加入占镁合金原料质量的1.0％的无水乙醇进行球磨，球磨机的转速为460r/min，球磨时间为7h，得粉末；镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：6.9％，Zn：0.36％，Mn：0.22％，Si：0.09％，Nd：0.12％，Ca：0.1％，La：0.60％，余量为Mg。
冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
热处理：将坯件先在530℃下保温8h，随炉冷却，然后以1.2℃/s的速度升温至310℃，保温4h后空冷至室温，得支架半成品；
微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制电流密度与通电时间进行微弧氧化；微弧氧化的温度为62℃，在前8min内电流密度先升高至9A/dm2，在后5min内再升高至14A/dm2；电镀液中CrO3:180g/L，H2SO4:1.6g/L，Cr3+：3.0g/L，CrO3:H2SO4＝100:105。
防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂通入辅助气体CO2，在28℃下防锈处理18s，制得最终耐腐蚀支架成品。
实施例3
球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下加入占镁合金原料质量的1.4％的无水乙醇进行球磨，球磨机的转速为490r/min，球磨时间为6h，得粉末；镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：6.6％，Zn：0.38％，Mn：0.16％，Si：0.11％，Nd：0.08％，Ca：0.14％，La：0.40％，余量为Mg。
冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
热处理：将坯件先在525℃下保温7h，随炉冷却，然后以1.8℃/s的速度升温至325℃，保温3h后空冷至室温，得支架半成品；
微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制电流密度与通电时间进行微弧氧化；微弧氧化的温度为68℃，在前6min内电流密度先升高至11A/dm2，在后12min内升高至17A/dm2。
防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂通入辅助气体CO2，在32℃下防锈处理16s，制得最终耐腐蚀支架成品。
实施例4
球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下加入占镁合金原料质量的1.5％的无水乙醇进行球磨，球磨机的转速为450r/min，球磨时间为8h，得粉末；镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：6.5％，Zn：0.4％，Mn：0.15％，Si：0.12％，Nd：0.05％，Ca：0.15％，La：0.20％，余量为Mg。
冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
热处理：将坯件先在520℃下保温10h，随炉冷却，然后以1℃/s的速度升温至300℃，保温5h后空冷至室温，得支架半成品；
微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制电流密度与通电时间进行微弧氧化；微弧氧化的温度为70℃，前5min内电流密度先升高至8A/dm2，在后10min内升高至12A/dm2，通电时间为15min。
防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂通入辅助气体CO2，在25℃下防锈处理20s，制得最终耐腐蚀支架成品。
实施例5
球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下加入占镁合金原料质量的0.8％的无水乙醇进行球磨，球磨机的转速为500r/min，球磨时间为5h，得粉末；镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：7.0％，Zn：0.35％，Mn：0.25％，Si：0.08％，Nd：0.15％，Ca：0.08％，La：0.80％，余量为Mg。
冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
热处理：将坯件先在550℃下保温6h，随炉冷却，然后以2℃/s的速度升温至330℃，保温2h后空冷至室温，得支架半成品；
微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制电流密度与通电时间进行微弧氧化；微弧氧化的温度为60℃，在前10min内电流密度先升高至8A/dm2，在后10min内升高至12A/dm2。
防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂通入辅助气体CO2，在35℃下防锈处理15s，制得最终耐腐蚀支架成品。
对比例1
现有技术中普通市售的支架。
对比例2
与实施例5相比，区别仅在于：该对比例中的镁合金为普通镁合金，其他与实施例5相同，此处不再累述。
对比例3
与实施例5相比，区别仅在于：该对比例中的热处理先升温至500℃，保温15h冷却，然后再升温至380℃，其他与实施例5相同，此处不再累述。
对比例4
与实施例5相比，区别仅在于：该对比例微弧氧化电流密度是直接为12A/dm2，不是分阶段逐步升高，其他与实施例5相同，此处不再累述。
对比例5
与实施例5相比，区别仅在于：该对比例中微弧氧化处理后未进行防锈处理，其他与实施例5相同，此处不再累述。
将实施例1-5及对比例1-5的中制得的支架进行测试，测试其强度、硬度、耐腐蚀性，结果如表1所示：
表1：实施例1-5及对比例1-5中产品的性能
Figure BDA0001487427580000081
综上所述，本发明采用配伍合理的镁合金制成支架，并采用冷轧制坯，紧接着将坯件升至较高温度进行保温，通过瞬间的温差，提高坯件的强度并缩短保温时间，冷却后再升温至较低温度即可获得性能较好的坯件。接着对支架半成品进行微弧氧化和防锈处理，进一步提高支架的耐磨性。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (2)

1.一种耐腐蚀支架，所述的耐腐蚀支架由镁合金制成，所述的镁合金由如下质量百分比的组分组成：Al：6.5-7.0％，Zn：0.35％-0.4％，Mn：0.15-0.25％，Si：0.08-0.12％，Nd：0.05-0.15％，Ca：0.08％-0.15％，La：0.20％-0.80％，余量为Mg；
所述耐腐蚀支架的加工方法，包括如下步骤：
S1、球磨制粉：称取镁合金原料装入球磨机中在Ar气下进行球磨得粉末，在球磨过程中还加入了无水乙醇，所述无水乙醇的加入量为镁合金原料质量的0.8-1.5％；
S2、冷轧制坯：将粉末在真空室温下压制成支架坯件；
S3、热处理：将坯件先在520-550℃下保温6-10h，随炉冷却，然后以1-2℃/s的速度升温至300-330℃，保温2-5h后空冷至室温，得支架半成品；
S4、微弧氧化：将支架半成品和不锈钢针浸入电解液，外接电源，控制温度为60-70℃，电流密度为8-15A/dm2，通电时间为10-20min进行微弧氧化，其中电流密度在5-10min内先升高至8-12A/dm2，在10-20min时升高至12-18A/dm2；
S5、防锈处理：将微弧氧化后的支架半成品浸入防锈剂进行防锈处理，制得最终耐腐蚀支架成品，其中防锈处理中的防锈剂为：偏磷酸钠180-200g/L，三乙醇胺1.2-1.5g/L，酒石酸1.2-1.5g/L，苹果酸钠0.18-0.22g/L，柠檬酸钠0.5-0.6g/L，月桂酸0.3-0.6g/L；防锈处理的温度为25-35℃，防锈处理的时间为15-20s；防锈处理过程中还包括通入防锈液辅助气体CO2。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀支架，其特征在于，球磨时球磨机的转速为450-500r/min，球磨时间为5-8h。
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