CN108359857A - 一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法，其组分和重量配比为：Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质。本发明提供的铝镁合金其强度、耐磨性以及耐蚀性较传统的铝镁合金性能优异，由于稀土与镁作用，提高了铝镁合金的强度及耐腐蚀性；由于锰、硼、镁元素的作用，进一步提高了铝镁合金的耐磨性能。

Description

一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制造领域，特别涉及一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法。
背景技术
金属及合金因成分和制造工艺的不同，具有不同的性质，从而决定其不同的作用。铝镁合金是以铝和镁为基加入其他元素组成的合金，是结构工程中的轻质材料，具有比重小、刚性高、减振性好、散热性好、质感佳的优良特性，被广泛应用于航空航天、运输、化工、建材等各个领域，如果能够进一步增加铝镁合金的强度、耐磨性以及抗腐性能，将会扩大铝镁合金的用途。然而传统的铝镁合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性能相对较差，无法满足要求越来越高的航空航天、运输、化工、建材方面的工业应用需求。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法。
本发明的技术方案是：一种耐磨耐蚀铝镁合金，包括如下组分和重量配比：
Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质。
上述各组分和重量配比为：
Mg：20～22％，Mn：0.3～0.4％，B：0.2～0.25％，La：0.15～0.20％，Pr：0.1～0.15％，Ce：0.1～0.15％，Na：0.35～0.4％，Cu：0.35～0.4％，Ti：0.22～0.24％，Zn：0.6～0.8％，Ni：0.02～0.025％，Cr：0.04～0.05％，其余为Al及不可避免的杂质。
上述各组分和重量配比为：
Mg：21％，Mn：0.35％，B：0.22％，La：0.18％，Pr：0.13％，Ce：0.14％，Na：0.38％，Cu：0.38％，Ti：0.23％，Zn：0.7％，Ni：0.023％，Cr：0.045％，其余为Al及不可避免的杂质。
一种耐磨耐蚀铝镁合金的制备方法，包括如下步骤：
1)取如下重量配比的组分材料：
Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质；
将上述重量配比的Al、Mg以及Zn放入坩埚中加底熔剂进行熔化，熔化过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在5～8h，且铝镁液最终温度控制在680～695℃；
2)熔化结束后，向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加Mn含量为步骤1)重量配比的氯化锰与精炼剂进行精炼，时间控制在30～40min，温度控制在685～750℃；
3)继续向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加精炼剂进行再次精炼，时间控制在45～55min，其中最后8min提渣，温度控制在750～780℃；
4)静置降温，使底熔剂和夹杂物沉降，整个过程时间控制在80min，最终温度控制在650～680℃，并在此温度下加步骤1)中重量配比的B、La、Pr、Ce、Na、Cu、Ti、Ni以及Cr，直至完全熔化为止；
5)在630～660℃温度条件下，并在保护气氛中进行最终的铝镁合金浇注。
上述步骤1)中所述的底熔剂的用量占炉料总量的2～3％；所述的覆盖剂的用量占炉料总量的0.4～0.6％。
上述步骤2)中所述的精炼剂的用量占炉料总重量的2～3％。
上述步骤3)中再次加入的精炼剂的用量占炉料总重量的1.5～2.5％。
上述步骤5)中所述的保护气氛为CO2、N2或CO2和N2的混合气体保护气氛。
本发明的有益效果：本发明提供了一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法，通过在铝镁合金中添加稀土元素，提高了合金产品的耐蚀性以及铝合金产品的强度、耐磨性能；在本发明铝镁合金中，稀土与镁作用，在热处理过程中可析出金属间化合物、第二相微粒，分布于晶内而强化基体，偏聚于晶界而使晶界组织细化、强化，能够显著的提高铝镁合金材料的强度及耐腐蚀性，通过锰、硼、镁元素的作用，进一步提高了铝镁合金的耐磨性能。本发明铝镁合金中的Mg形成大量的合金相，并固溶强化，能提高硬度；混合稀土能够起到净化合金、细化晶粒、提高耐腐蚀性，Cu时效强化提高强度，Mn去除铁的不良影响，Zn固溶强化，B\Ti能细化晶粒，Cr能生成化合物，提高强度和耐磨性。本发明的制备方法简单、制造成本低，尤其适合在金属材料工业中大规模推广应用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1：
本发明提供的耐磨耐蚀铝镁合金，包括如下组分和重量配比：
Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质。
本发明提供的耐磨耐蚀铝镁合金的制备方法，包括如下步骤：
1)取如下重量配比的组分材料：
Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质；将上述重量配比的Al、Mg以及Zn放入坩埚中加底熔剂进行熔化，熔化过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在5～8h，且铝镁液最终温度控制在680～695℃；
2)熔化结束后，向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加Mn含量为步骤1)重量配比的氯化锰与精炼剂进行精炼，时间控制在30～40min，温度控制在685～750℃；
3)继续向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加精炼剂进行再次精炼，时间控制在45～55min，其中最后8min提渣，温度控制在750～780℃；
4)静置降温，使底熔剂和夹杂物沉降，整个过程时间控制在80min，最终温度控制在650～680℃，并在此温度下加步骤1)中重量配比的B、La、Pr、Ce、Na、Cu、Ti、Ni以及Cr，直至完全熔化为止；
5)在630～660℃温度条件下，并在保护气氛中进行最终的铝镁合金浇注。
进一步地，步骤1)中所述的底熔剂的用量占炉料总量的2～3％；所述的覆盖剂的用量占炉料总量的0.4～0.6％。
进一步地，步骤2)中所述的精炼剂的用量占炉料总重量的2～3％。
进一步地，步骤3)中再次加入的精炼剂的用量占炉料总重量的1.5～2.5％。
进一步地，步骤5)中所述的保护气氛为CO2、N2或CO2和N2的混合气体保护气氛。
实施例2：
在实施例1的基础上，该耐磨耐蚀铝镁合金，包括如下组分和重量配比：Mg：20％，Mn：0.3％，B：0.2％，La：0.15％，Pr：0.1％，Ce：0.1％，Na：0.35％，Cu：0.35％，Ti：0.22％，Zn：0.6％，Ni：0.02％，Cr：0.04％，其余为Al及不可避免的杂质。
具体方法步骤为：
1)将上述重量配比的Al、Mg以及Zn放入坩埚中加底熔剂进行熔化，熔化过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在8h，且铝镁液最终温度控制在690℃；其中底熔剂的用量占炉料总量的2.5％，覆盖剂的用量占炉料总量的0.5％。
2)熔化结束后，向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加Mn含量为步骤1)重量配比的氯化锰与精炼剂进行精炼，时间控制在35min，温度控制在730℃；其中精炼剂的用量占炉料总重量的2.5％。
3)继续向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加精炼剂进行再次精炼，时间控制在55min，其中最后8min提渣，温度控制在770℃；其中精炼剂的用量占炉料总重量的2％。
4)静置降温，使底熔剂和夹杂物沉降，整个过程时间控制在80min，最终温度控制在665℃，并在此温度下加步骤1)中重量配比的B、La、Pr、Ce、Na、Cu、Ti、Ni以及Cr，直至完全熔化为止；
5)在640℃温度条件下，并在保护气氛中进行最终的铝镁合金浇注，其中保护气氛为N2气保护气氛。
实施例3：
在实施例1的基础上，该耐磨耐蚀铝镁合金，包括如下组分和重量配比：Mg：22％，Mn：0.4％，B：0.25％，La：0.20％，Pr：0.15％，Ce：0.15％，Na：0.4％，Cu：0.4％，Ti：0.24％，Zn：0.8％，Ni：0.025％，Cr：0.05％，其余为Al及不可避免的杂质。
具体方法步骤为：
1)将上述重量配比的Al、Mg以及Zn放入坩埚中加底熔剂进行熔化，熔化过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在8h，且铝镁液最终温度控制在690℃；其中底熔剂的用量占炉料总量的2.5％，覆盖剂的用量占炉料总量的0.5％。
2)熔化结束后，向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加Mn含量为步骤1)重量配比的氯化锰与精炼剂进行精炼，时间控制在35min，温度控制在730℃；其中精炼剂的用量占炉料总重量的2.5％。
3)继续向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加精炼剂进行再次精炼，时间控制在55min，其中最后8min提渣，温度控制在770℃；其中精炼剂的用量占炉料总重量的2％。
4)静置降温，使底熔剂和夹杂物沉降，整个过程时间控制在80min，最终温度控制在665℃，并在此温度下加步骤1)中重量配比的B、La、Pr、Ce、Na、Cu、Ti、Ni以及Cr，直至完全熔化为止；
5)在640℃温度条件下，并在保护气氛中进行最终的铝镁合金浇注，其中保护气氛为N2气保护气氛。
实施例4：
在实施例1的基础上，该耐磨耐蚀铝镁合金，包括如下组分和重量配比：Mg：21％，Mn：0.35％，B：0.22％，La：0.18％，Pr：0.13％，Ce：0.14％，Na：0.38％，Cu：0.38％，Ti：0.23％，Zn：0.7％，Ni：0.023％，Cr：0.045％，其余为Al及不可避免的杂质。
具体方法步骤为：
1)将上述重量配比的Al、Mg以及Zn放入坩埚中加底熔剂进行熔化，熔化过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在8h，且铝镁液最终温度控制在690℃；其中底熔剂的用量占炉料总量的2.5％，覆盖剂的用量占炉料总量的0.5％。
2)熔化结束后，向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加Mn含量为步骤1)重量配比的氯化锰与精炼剂进行精炼，时间控制在35min，温度控制在730℃；其中精炼剂的用量占炉料总重量的2.5％。
3)继续向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加精炼剂进行再次精炼，时间控制在55min，其中最后8min提渣，温度控制在770℃；其中精炼剂的用量占炉料总重量的2％。
4)静置降温，使底熔剂和夹杂物沉降，整个过程时间控制在80min，最终温度控制在665℃，并在此温度下加步骤1)中重量配比的B、La、Pr、Ce、Na、Cu、Ti、Ni以及Cr，直至完全熔化为止；
5)在640℃温度条件下，并在保护气氛中进行最终的铝镁合金浇注，其中保护气氛为N2气保护气氛。
本发明提供的铝镁合金的测试状况如下：
耐腐蚀性能测试：采用实施例2-实施例4方法制备的制作样板各三件，在室温条件下，5％NaCl溶液中，进行了24小时的盐雾试验(试验温度25℃，相对湿度45％)，测试其样板的总面积与腐蚀面积的大小，取每个实施例的三件试样平均值来评定耐腐蚀等级。
机械性能测试：取实施例2-实施例4方法制备的同样的制作样板各三件，每件制作样板在相同部位切取拉伸试样，在相同条件下，进行拉伸测试，对各实施例的三件制作样板取平均值；同理，取实施例2-实施例4方法制备的同样的制作样板各三件，在压力测试机上，进行抗弯曲强度测试，并对每个实施例的三件制作样板数据取平均值。
表1是各实施例样品的性能，测试结果如下表1所示，通过表1可知，本发明提供的耐磨耐蚀铝镁配方，在T6热处理工艺下，其整体强度、硬度以及抗腐蚀性都有较大的提高，其中实施例4的数据最佳，其抗拉强度达到了456.7Mpa，屈服强度达到了356.1Mpa，延伸率到达了1.79％，抗弯曲强度达到了46Kgf，硬度达到了HB112；其耐腐蚀等级最高达到9/9SE，耐腐蚀性能比传统的铝镁合金有显著的提升。
表1
上述各实施例中的各组分字母含义分别为Al：铝，Mg：镁，Mn：锰，B：硼，La：镧，Pr：镨，Ce：铈，Na：钠，Cu：铜，Ti：钛，Zn：锌，Ni：镍，Cr：铬。
综上所述，本发明提供的一种耐磨耐蚀铝镁合金及其制备方法，通过在铝镁合金中添加稀土元素，提高了合金产品的耐蚀性以及铝合金产品的强度、耐磨性能；在本发明铝镁合金中，稀土与镁作用，在热处理过程中可析出金属间化合物、第二相微粒，分布于晶内而强化基体，偏聚于晶界而使晶界组织细化、强化，能够显著的提高铝镁合金材料的强度及耐腐蚀性，通过锰、硼、镁元素的作用，进一步提高了铝镁合金的耐磨性能。本发明铝镁合金中的Mg形成大量的合金相，并固溶强化，能提高硬度；混合稀土能够起到净化合金、细化晶粒、提高耐腐蚀性，Cu时效强化提高强度，Mn去除铁的不良影响，Zn固溶强化，B\Ti能细化晶粒，Cr能生成化合物，提高强度和耐磨性。本发明的制备方法简单、制造成本低，尤其适合在金属材料工业中大规模推广应用。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐磨耐蚀铝镁合金，其特征在于，包括如下组分和重量配比：
Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种耐磨耐蚀铝镁合金，其特征在于，各组分和重量配比为：
Mg：20～22％，Mn：0.3～0.4％，B：0.2～0.25％，La：0.15～0.20％，Pr：0.1～0.15％，Ce：0.1～0.15％，Na：0.35～0.4％，Cu：0.35～0.4％，Ti：0.22～0.24％，Zn：0.6～0.8％，Ni：0.02～0.025％，Cr：0.04～0.05％，其余为Al及不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的一种耐磨耐蚀铝镁合金，其特征在于，各组分和重量配比为：
Mg：21％，Mn：0.35％，B：0.22％，La：0.18％，Pr：0.13％，Ce：0.14％，Na：0.38％，Cu：0.38％，Ti：0.23％，Zn：0.7％，Ni：0.023％，Cr：0.045％，其余为Al及不可避免的杂质。
4.一种耐磨耐蚀铝镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)取如下重量配比的组分材料：
Mg：18～23％，Mn：0.2～0.5％，B：0.15～0.3％，La：0.1～0.25％，Pr：0.08～0.18％，Ce：0.08～0.20％，Na：0.25～0.5％，Cu：0.3～0.45％，Ti：0.2～0.25％，Zn：0.45～0.95％，Ni：0.01～0.03％，Cr：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质；
将上述重量配比的Al、Mg以及Zn放入坩埚中加底熔剂进行熔化，熔化过程中撒入覆盖剂以防止燃烧，整个熔化过程时间控制在5～8h，且铝镁液最终温度控制在680～695℃；
2)熔化结束后，向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加Mn含量为步骤1)重量配比的氯化锰与精炼剂进行精炼，时间控制在30～40min，温度控制在685～750℃；
3)继续向铝镁液中吹惰性气体并进行搅拌，同时加精炼剂进行再次精炼，时间控制在45～55min，其中最后8min提渣，温度控制在750～780℃；
4)静置降温，使底熔剂和夹杂物沉降，整个过程时间控制在80min，最终温度控制在650～680℃，并在此温度下加步骤1)中重量配比的B、La、Pr、Ce、Na、Cu、Ti、Ni以及Cr，直至完全熔化为止；
5)在630～660℃温度条件下，并在保护气氛中进行最终的铝镁合金浇注。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的底熔剂的用量占炉料总量的2～3％；所述的覆盖剂的用量占炉料总量的0.4～0.6％。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的精炼剂的用量占炉料总重量的2～3％。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中再次加入的精炼剂的用量占炉料总重量的1.5～2.5％。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述的保护气氛为CO2、N2或CO2和N2的混合气体保护气氛。
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