CN109628811A

CN109628811A - 一种耐高温耐腐蚀镁合金及其制备工艺

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Publication number: CN109628811A
Application number: CN201811488848.8A
Authority: CN
Inventors: 陈寅; 敖四海; 于丹
Original assignee: Guizhou Aerospace Fenghua Precision Equipment Co Ltd
Current assignee: Guizhou Aerospace Fenghua Precision Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：4.5～6.9％的Mo、6.6～8.8％的Zn、2.3～3.2％的Zr、0.1～0.6％的Sc、0.1～0.5％的W、1.2～1.8％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。本申请制得的镁合金具有耐高温、耐腐蚀和良好的韧性，且抗拉强度、屈服强度和延伸率也得到了提高，提高了镁合金的性能。

Description

一种耐高温耐腐蚀镁合金及其制备工艺

技术领域

本发明属于合金生产加工技术领域，尤其涉及一种耐高温耐腐蚀镁合金及其制备工艺。

背景技术

镁合金具有密度小、比重轻、比强度和比刚度高、易回收、无污染等优于传统金属材料的特性，且兼具出色的导热导电性、良好的电磁屏蔽和阻尼减震性能，以及优良的切削加工性能，在汽车工业、电子通讯、航空航天、国防军工等领域得到日益广泛的应用，特别是在实现轻量化、促进节能减排等方面发挥着重要的作用，其产量年增长率近些年一直高达25％以上，被誉为“21世纪的绿色工程材料”的镁。可以说，镁合金已经成为继钢铁、铝合金之后发展起来的第三大金属材料，也是有色金属材料中最有开发和应用前途的金属材料之一。

但是镁合金的缺点也非常明显，通常在120℃以上，其高温强度和蠕变强度都会大幅下降，严重地限制了镁合金的应用范围。镁合金在各种环境的应用，必然产生腐蚀问题，因为镁的化学活泼性决定了镁合金的耐蚀性不会太理想，在各种应用环境中有可能因腐蚀而影响到其应用的效果或寿命，这就会大大地提高镁合金的应用成本。当应用成本过高时，镁合金的应用就会失去动力。可以说腐蚀问题是制约镁在各领域应用的关键因素之一，只有较好地解决镁合金的腐蚀问题，才能消除镁合金及其相关产业的发展的阻力，并使镁合金应用于原来不大可能的领域中。因此，提高镁合金的耐腐蚀性是目前镁合金研究的重点之一。

专利申请CN201610159418.6，一种含稀土元素的耐蚀变形镁合金及其制备方法，各组分的质量百分比为：Al：8.3％～9.2％；Zn：0.5％～0.8％；Mn：0.1％～0.3％；LRE：0.8％～1.5％；HRE：0.2％～0.6％；余量为Mg及不可避免的杂质元素，其中LRE代表轻稀土元素，HRE代表重稀土元素。通过半连续铸造方法制备镁合金铸锭，铸锭经过固溶处理后车削成圆锭，然后进行热挤压。本发明制的镁合金，经35℃、5％NaCl中性盐雾试验100h，腐蚀速率为0.01684·mg·cm^-2·d^-1。腐蚀率有所降低，但是耐温性能没有得到提高。

专利申请CN201410796164.X公开了一种高耐腐蚀镁合金材料及其制备方法，合金材料中各组分质量百分数如下：Al：4.5％～5.5％，Zn：1.5％～2％，Mn：0.1％～0.3％，Y：0.1％～0.5％，杂质元素含量：Fe≤0.01％，Ni≤0.003％，Cu≤0.0004％，Si≤0.03％，Ca≤0.002％，其余为镁，5％的NaCl中性盐雾试验120h，腐蚀速度v失<0.008mg·cm^-2·h^-1(约合0.192mg·cm^-2·d^-1)，耐蚀性能良好。

可见，镁合金有着突出优点的同时，还具有明显的缺点，例如高温稳定性较差、抗蠕变性能、耐腐蚀性能欠佳，因此，其应用受到了一定限制。在此情况下，高性能镁合金的研发成为国内外材料领域的研究热点，一系列具有优越性能的镁合金得以开发，其中尤以稀土镁合金为代表。稀土元素不仅对镁合金有固溶强化、沉淀强化作用，还能有效细化合金组织，使得稀土镁合金在保留镁合金诸多优点的基础上，高温力学性能得到了进一步强化，抗蠕变、耐热、耐腐蚀等性能也得到了明显改善。但提高镁合金自身的耐腐蚀性，开发高耐蚀镁合金，仍具有至关重要的意义。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种耐高温耐腐蚀镁合金及其制备工艺。本申请先将镁熔化后，加入稀土元素熔化保温处理，让稀土元素包裹镁，然后再加入纯Zn和中间合金Mo-Mg、Zr-Mg、Sc-Mg、W-Mg，经真空固溶和热挤压处理后，使合金获得极细的晶粒组织，而且能让稀土元素能够均匀的包裹在镁合金表面，制得的镁合金具有耐高温、耐腐蚀和良好的韧性，且抗拉强度、屈服强度和延伸率也得到了提高，提高了镁合金的性能。

为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：4.5～6.9％的Mo、6.6～8.8％的Zn、2.3～3.2％的Zr、0.1～0.6％的Sc、0.1～0.5％的W、1.2～1.8％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：5.8％的Mo、7.5％的Zn、2.8％的Zr、0.3％的Sc、0.3％的W、1.5％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述稀土元素为Ce、La、Eu、Ho、Yb、Sm、Tm、Gd、Dy、Pr、Y、Nd中的一种或一种以上。

进一步地，一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)熔化：在持续通入保护气体条件下，先将坯料预热至200℃，在预热好的容器中加入工业纯Mg加热至200～220℃熔化后，升高温度至700～750℃，加入预热至200℃的稀土元素，搅拌均匀，650～680℃保温5～7h；

(2)保温处理：待步骤(1)的稀土元素全部熔化后，依次加入纯Zn、Mo-Mg中间合金、Zr-Mg中间合金、Sc-Mg中间合金、W-Mg中间合金，混合均匀后，加热搅拌直至所有原料完全熔化，撇去表面浮渣，680～730℃保温6～10h；

(3)真空处理：将保温处理好的物料送入真空感应熔炼炉内，充入氩气并抽真空进行真空固溶处理；

(4)浇注成型：从真空感应熔炼炉内取出真空处理好的物料，金属型浇注进成型模具中，均匀化退火，冷却至室温，得到镁合金铸锭；

(5)热挤压处理：在氩气保护下，将浇注成型好的镁合金铸锭送入热处理炉中，升温后进行热挤压，先进行均匀化退火，然后通入1～3℃的冷空气进行空冷，制得所述耐高温耐腐蚀镁合金。

进一步地，在步骤(3)，所述真空固溶处理的工艺为：真空度为6.5～7.3MPa，在温度为415～430℃下保温22～25h。在该真空固溶处理工艺条件下，可使稀土的收得率提高，固溶后合金中的Mg-Zn，Mo-Mg、Zr-Mg、Sc-Mg、W-Mg中间合金全部回溶到基体中，同时晶粒长大较小，然后同热挤压处理，使合金获得极细的晶粒组织，所得镁合金的晶粒尺寸约为0.7～0.9μm。

进一步地，在步骤(4)，所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至230～260℃，冷却速度为-25～-35℃/min。

进一步地，在步骤(4)，所述均匀化退火的工艺为：退火温度为400～450℃，保温时间为8～13h。

进一步地，在步骤(5)，所述热挤压的温度为350～420℃，挤压速度为1.5～3m/min，挤压比为14～22:1。

进一步地，在步骤(5)，所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至360～430℃，升温速率为-5～-18℃/min。

进一步地，在步骤(5)，所述均匀化退火的工艺为：退火温度为470～520℃，保温时间为5～8h。

Mg是镁的化学符号，是一种银白色的轻质碱土金属，化学性质活泼，能与酸反应生成氢气，具有一定的延展性和热消散性。镁元素在自然界广泛分布，是人体的必需元素之一，具有比较强的还原性，能与沸水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。但和卤代烃在无水的条件下反应却较为剧烈(生成格氏试剂)镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和N₂和O₂反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。镁元素在化学反应中的化合价通常为+2价。

Mo是钼(Molybdenum)的化学符号，是元素周期表第五周期VIB族元素是一种化学元素，原子序数42，原子量95.94，是一种灰色的过渡金属。金属呈银灰色，为体心立方晶体结构，熔点2617℃，沸点4612℃，密度10.22g/cm³，第一电离能7.099电子伏特。钼和钨性质十分相似，具有高温强度好、硬度高、密度大、抗腐蚀能力强、热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。钼的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量钼加到钢之中，可使钢变硬。钼是对植物很重要的营养素，也在一些酶之中找得到。在常温下不受空气的侵蚀。跟盐酸或氢氟酸不起反应。化合价+2、+4和+6，最稳定化合物为+6价。钼的高价氧化态化合物呈酸性，低价氧化态化合物呈碱性，+6价离子具有很强的形成配合物倾向。致密钼在常温空气中稳定，400℃轻度氧化，500℃迅速氧化。1000℃时钼能吸收大量氢形成固溶体。1500℃时钼和氮反应生成氮化钼，和碳作用生成Mo₂C，和硫作用生成MoS₂，重要的钼化物有三氧化钼、仲钼酸胺、钼酸钠、钼酸钙、钼酸钡、六氟化钼以及各种钼聚合物。

Zn是锌的化学符号，原子序数是30，在化学元素周期表中位于第4周期、第IIB族，在现代工业中对于电池制造上有不可磨灭的地位，为一相当重要的金属。在常温下的空气中，表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜，可阻止进一步氧化。当温度达到225℃后，锌剧烈氧化，锌的氧化膜熔点高，但金属锌熔点却很低。镀锌有优良的抗大气腐蚀性能，在常温下表面易生成一层保护膜，因此锌最大的用途是用于镀锌工业；锌具有适用的机械性能。锌本身的强度和硬度不高，但加入铝、铜等合金元素后，其强度和硬度均大为提高，犹其是锌铜钛合金的出现，其综合机械性能已接近或达到铝合金、黄铜、灰铸铁的水平，其抗蠕变性能也大幅度被提高。

Zr是锆的化学符号，原子序数是40，是一种银白色的高熔点金属，呈浅灰色。广泛存在于锆石和二氧化锆矿中。普遍应用于合金及首饰制造业。1789年，德国的克拉普罗德，在分析锡兰锆时，发现了锆土。高熔点金属之一，呈浅灰色。密度6.49g/cm³。熔点1852±2℃，沸点4377℃。化合价+2、+3和+4。第一电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。有耐腐蚀性，可溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。粉末状铁与硝酸锆混合，可作闪光粉。金属锆几乎全部用作核反应堆中铀燃料元件的包壳。也用来制造照相用的闪光灯，以及耐腐蚀的容器和管道，特别是能耐盐酸和硫酸。锆的化学药品可作聚合物的交联剂。还可作为一些真空仪器的除气剂。

Sc是钪的化学符号，原子序数是21，是一种柔软、银白色的过渡金属，熔点1541℃，沸点2831℃。易溶于水，可与热水作用，在空气中容易变暗，主要化合价为+3价。常跟钆、铒等混合存在，产量很少，在地壳中的含量约为0.0005％。钪常用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。钪被空气氧化时略带浅黄色或粉红色，容易风化并在大多数稀酸中缓慢溶解。但是在强酸中表面易形成一个不渗透的钝化层，因此它不与硝酸(HNO₃)和氢氟酸(HF)1:1混合物反应。

W是钨的化学符号，原子序数74，原子量183.84，原子半径为137皮米，密度为19.35克/每立方厘米，属于元素周期表中第六周期(第二长周期)的VIB族。钨在自然界主要呈六价阳离子，其离子半径为0.68×10-10m。由于W⁶⁺离子半径小，电价高，极化能力强，易形成络阴离子，因此钨主要以络阴离子形式[WO₄]^2-，与溶液中的Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺等阳离子结合形成黑钨矿或白钨矿沉淀。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属，熔点极高，硬度很大，蒸气压很低，蒸发速度也较小，化学性质也比较稳定，常温下不受空气侵蚀；主要用途为制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具，也用于光学仪器，化学仪器。中国是世界上最大的钨储藏国。

稀土元素是17种特殊的元素的统称，它的得名是因为瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物，所以得名稀土元素。是周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称，其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。稀土元素的共性是：①它们的原子结构相似；②离子半径相近(RE³⁺离子半径1.06×10^-10m～0.84×10^-10m，Y³⁺为0.89×10^-10m)；③它们在自然界密切共生。他们都是很活泼的金属，性质极为相似，常见化合价+3，其水合离子大多有颜色，易形成稳定的配化合物。稀土金属，由于熔点较低，在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出，故一般均采用电解法制取。可用氯化物和氟化物两种盐系，前者以稀土氯化物为原料加入电解槽，后者则以氧化物的形式加入。大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。中国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。

在镁合金中加入稀土元素，具有以下作用：

(1)除杂净化作用：化学活性很强的稀土加入镁合金中，可与其中氢、氧、硫、氮、氯等非金属杂质和铁、钴、铜、镍等金属杂质以及氧化物夹渣作用而使其除去，从而提升合金质量，因为这些杂质和氧化物夹杂会降低合金散热和耐蚀性能。

(2)变质细化作用：稀土乃表面活性元素，它富集于合金液面，降低合金表面张力，促进形核，抑制晶粒长大和再结晶过程，提升镁合金流动性、铸造性能，减少气孔、针孔、疏松等缺陷，提高散热材料的致密度，从而提升镁合金散热、耐蚀等性能使之更适用于做薄壁散热件。

(3)微合金化作用：稀土与镁作用，产生固溶强化和时效强化作用，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；超过固溶度的稀土与镁或与镁合金中的其它元素(如铝)直接作用形成初生的、热稳定性能高的化合物弥散分布于合金中，产生弥散强化作用，而提高其强度和抗蠕变等性能。

由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)本申请先将镁熔化后，加入稀土元素熔化保温处理，让稀土元素包裹镁，然后再加入纯Zn和中间合金Mo-Mg、Zr-Mg、Sc-Mg、W-Mg，经真空固溶和热挤压处理后，使合金获得极细的晶粒组织，而且能让稀土元素能够均匀的包裹在镁合金表面，制得的镁合金具有耐高温、耐腐蚀和良好的韧性、电磁屏蔽效能，且抗拉强度、屈服强度和延伸率也得到了提高，提高了镁合金的性能。

(2)稀土元素对镁合金具有细晶强化和析出强化作用，不仅能有效细化合金组织，而且可以显著改善镁合金的高温力学性能，提升抗蠕变、耐腐蚀性能，是镁合金中重要的合金元素，本申请在原料中加入稀土元素，加工处理后形成三元系合金(Mg-Li-稀土元素)，稀土元素能够细化三元系合金组织，从而提升镁合金的力学性能和耐腐蚀性。

(3)本申请原料中的Mg、Zn和稀土元素在经过真空固溶处理后发生固态相变，能够形成Mg-稀土元素-Zn、Mg-稀土元素-稀土元素、Mg稀土元素-Zn以及Mg-稀土元素-稀土元素-Zn的LPSO结构的合金系，该结构的合金具有良好的韧性、耐热性和抗压强度，提高了镁合金的性能。经过均匀化退火后，合金发生完全再结晶，孪晶消失，晶粒均匀，塑性提高。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：4.5％的Mo、6.6％的Zn、2.3％的Zr、0.1％的Sc、0.1％的W、1.2％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述稀土元素为Ce、La、Ho、Yb、Sm、Tm、Gd、Y、Nd。

一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)熔化：在持续通入保护气体条件下，先将坯料预热至200℃，在预热好的容器中加入工业纯Mg加热至200℃熔化后，升高温度至700℃，加入预热至200℃的稀土元素，搅拌均匀，650℃保温7h；

(2)保温处理：待步骤(1)的稀土元素全部熔化后，依次加入纯Zn、Mo-Mg中间合金、Zr-Mg中间合金、Sc-Mg中间合金、W-Mg中间合金，混合均匀后，加热搅拌直至所有原料完全熔化，撇去表面浮渣，680℃保温10h；

(3)真空处理：将保温处理好的物料送入真空感应熔炼炉内，充入氩气并抽真空进行真空固溶处理；所述真空固溶处理的工艺为：真空度为6.5MPa，在温度为415℃下保温25h；

(4)浇注成型：从真空感应熔炼炉内取出真空处理好的物料，金属型浇注进成型模具中，均匀化退火，冷却至室温，得到镁合金铸锭；所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至230℃，冷却速度为-25℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为400℃，保温时间为8h；

(5)热挤压处理：在氩气保护下，将浇注成型好的镁合金铸锭送入热处理炉中，升温后进行热挤压，先进行均匀化退火，然后通入1℃的冷空气进行空冷，制得所述耐高温耐腐蚀镁合金；

所述热挤压的温度为350℃，挤压速度为1.5m/min，挤压比为14:1；所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至360℃，升温速率为-5℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为470℃，保温时间为8h。

实施例2

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：6.9％的Mo、8.8％的Zn、3.2％的Zr、0.6％的Sc、0.5％的W、1.8％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述稀土元素为Ce、La、Sm、Tm、Gd、Dy、Pr、Y、Nd。

一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)熔化：在持续通入保护气体条件下，先将坯料预热至200℃，在预热好的容器中加入工业纯Mg加热至220℃熔化后，升高温度至750℃，加入预热至200℃的稀土元素，搅拌均匀，680℃保温5h；

(2)保温处理：待步骤(1)的稀土元素全部熔化后，依次加入纯Zn、Mo-Mg中间合金、Zr-Mg中间合金、Sc-Mg中间合金、W-Mg中间合金，混合均匀后，加热搅拌直至所有原料完全熔化，撇去表面浮渣，730℃保温6h；

(3)真空处理：将保温处理好的物料送入真空感应熔炼炉内，充入氩气并抽真空进行真空固溶处理；所述真空固溶处理的工艺为：真空度为7.3MPa，在温度为430℃下保温22h；

(4)浇注成型：从真空感应熔炼炉内取出真空处理好的物料，金属型浇注进成型模具中，均匀化退火，冷却至室温，得到镁合金铸锭；所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至260℃，冷却速度为-35℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为450℃，保温时间为13h；

(5)热挤压处理：在氩气保护下，将浇注成型好的镁合金铸锭送入热处理炉中，升温后进行热挤压，先进行均匀化退火，然后通入3℃的冷空气进行空冷，制得所述耐高温耐腐蚀镁合金；

所述热挤压的温度为420℃，挤压速度为3m/min，挤压比为22:1；所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至430℃，升温速率为-18℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为520℃，保温时间为8h。

实施例3

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：4.7％的Mo、6.9％的Zn、2.5％的Zr、0.2％的Sc、0.2％的W、1.3％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述稀土元素为Ce、La、Eu、Yb、Sm、Tm、Gd、Dy、Y。

一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)熔化：在持续通入保护气体条件下，先将坯料预热至200℃，在预热好的容器中加入工业纯Mg加热至205℃熔化后，升高温度至710℃，加入预热至200℃的稀土元素，搅拌均匀，660℃保温6.5h；

(2)保温处理：待步骤(1)的稀土元素全部熔化后，依次加入纯Zn、Mo-Mg中间合金、Zr-Mg中间合金、Sc-Mg中间合金、W-Mg中间合金，混合均匀后，加热搅拌直至所有原料完全熔化，撇去表面浮渣，690℃保温9h；

(3)真空处理：将保温处理好的物料送入真空感应熔炼炉内，充入氩气并抽真空进行真空固溶处理；所述真空固溶处理的工艺为：真空度为6.6MPa，在温度为420℃下保温24h；

(4)浇注成型：从真空感应熔炼炉内取出真空处理好的物料，金属型浇注进成型模具中，均匀化退火，冷却至室温，得到镁合金铸锭；所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至240℃，冷却速度为-27℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为410℃，保温时间为9h；

所述热挤压的温度为360℃，挤压速度为2.0m/min，挤压比为16:1；所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至370℃，升温速率为-8℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为480℃，保温时间为6h。

实施例4

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：6.6％的Mo、8.5％的Zn、3.0％的Zr、0.4％的Sc、0.4％的W、1.6％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述稀土元素为Ce、La、Eu、Ho、Yb、Sm、Tm、Gd、Dy、Pr、Y、Nd。

一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)熔化：在持续通入保护气体条件下，先将坯料预热至200℃，在预热好的容器中加入工业纯Mg加热至215℃熔化后，升高温度至740℃，加入预热至200℃的稀土元素，搅拌均匀，670℃保温5.5h；

(2)保温处理：待步骤(1)的稀土元素全部熔化后，依次加入纯Zn、Mo-Mg中间合金、Zr-Mg中间合金、Sc-Mg中间合金、W-Mg中间合金，混合均匀后，加热搅拌直至所有原料完全熔化，撇去表面浮渣，720℃保温7h；

(3)真空处理：将保温处理好的物料送入真空感应熔炼炉内，充入氩气并抽真空进行真空固溶处理；所述真空固溶处理的工艺为：真空度为7.1MPa，在温度为425℃下保温23h；

(4)浇注成型：从真空感应熔炼炉内取出真空处理好的物料，金属型浇注进成型模具中，均匀化退火，冷却至室温，得到镁合金铸锭；所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至250℃，冷却速度为-33℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为430℃，保温时间为12h；

(5)热挤压处理：在氩气保护下，将浇注成型好的镁合金铸锭送入热处理炉中，升温后进行热挤压，先进行均匀化退火，然后通入13℃的冷空气进行空冷，制得所述耐高温耐腐蚀镁合金；

所述热挤压的温度为400℃，挤压速度为2.5m/min，挤压比为20:1；所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至410℃，升温速率为-15℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为500℃，保温时间为7h。

实施例5

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：5.8％的Mo、7.5％的Zn、2.8％的Zr、0.3％的Sc、0.3％的W、1.5％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

进一步地，所述稀土元素为Ce、Eu、Ho、Yb、Gd、Dy、Pr、Y、Nd。

一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)熔化：在持续通入保护气体条件下，先将坯料预热至200℃，在预热好的容器中加入工业纯Mg加热至210℃熔化后，升高温度至720℃，加入预热至200℃的稀土元素，搅拌均匀，670℃保温6h；

(2)保温处理：待步骤(1)的稀土元素全部熔化后，依次加入纯Zn、Mo-Mg中间合金、Zr-Mg中间合金、Sc-Mg中间合金、W-Mg中间合金，混合均匀后，加热搅拌直至所有原料完全熔化，撇去表面浮渣，700℃保温8h；

(3)真空处理：将保温处理好的物料送入真空感应熔炼炉内，充入氩气并抽真空进行真空固溶处理；所述真空固溶处理的工艺为：真空度为7.1MPa，在温度为420℃下保温24h；

(4)浇注成型：从真空感应熔炼炉内取出真空处理好的物料，金属型浇注进成型模具中，均匀化退火，冷却至室温，得到镁合金铸锭；所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至240℃，冷却速度为-30℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为420℃，保温时间为10h；

(5)热挤压处理：在氩气保护下，将浇注成型好的镁合金铸锭送入热处理炉中，升温后进行热挤压，先进行均匀化退火，然后通入2℃的冷空气进行空冷，制得所述耐高温耐腐蚀镁合金；

所述热挤压的温度为400℃，挤压速度为2.2m/min，挤压比为20:1；所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至400℃，升温速率为-5～-18℃/min；所述均匀化退火的工艺为：退火温度为500℃，保温时间为6h。

对比例1

一种耐高温耐腐蚀镁合金，所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和Al组成，各组分的按照以下质量百分比：5.8％的Mo、7.5％的Zn、2.8％的Zr、0.3％的Sc、0.3％的W、1.5％的Al，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

该对比例1镁合金的制备方法与实施例5相同。

对比例2

按照专利申请CN201610159418.6中的实施例进行。

效果试验

将本申请实施例1～5制备得到的耐高温耐腐蚀镁合金以及对比实施例1～2制得的镁合金进行拉伸试验、腐蚀试验、电磁屏蔽性和机械性能，部分性能的具体测试方法如下：

(1)拉伸试验方法：采用GB/T228.1:2010标准加工室温拉伸测试试样，在SANSIUTM5000万能试验机上(试验温度为室温为25℃，拉伸速率为3mm/s)对实施例1～5和对比例1～2方法制得的镁合金进行测试，测试效果见表1；

(2)耐蚀性试验方法：在37℃下进行浸泡腐蚀试验，腐蚀介质为10％的NaCl溶液，进行100h盐雾测试。腐蚀试样为圆片状镁合金试样，尺寸为Φ15mm×3mm；腐蚀测试时间为100h。测出腐蚀前后的镁合金试样失重，结合镁合金试样的表面积，然后计算出镁合金试样的腐蚀速率(mg·cm^-2·d^-1)，腐蚀速率的计算公式为：

其中，式中W₂和W₀分别是镁合金盐雾试验前的原始质量和试验后经过洗涤的质量(g)，S为金属的表面积(m²)；t为腐蚀的时间(d)，v_失是腐蚀速率，其单位为mg·cm^-2·d^-1；测试效果见表1；

(3)电磁屏蔽效能实验：切割成长、宽、高分别为20mm、5mm、5mm的尺寸，然后在法兰同轴测试仪上进行屏蔽性能测试。测试效果见表2。

表1镁合金机械性能和腐蚀性测试结果

表1可知，与对比例相比，本申请耐高温耐腐蚀镁合金具有较好的耐高温、耐腐蚀性能，且抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度较好。

表2镁合金电磁屏蔽效能实验结果

由表2可知，与对比例相比，本申请制得的耐高温耐腐蚀镁合金具有良好的电磁屏蔽效能。

综上所述，本申请先将镁熔化后，加入稀土元素熔化保温处理，让稀土元素包裹镁，然后再加入纯Zn和中间合金Mo-Mg、Zr-Mg、Sc-Mg、W-Mg，经真空固溶和热挤压处理后，使合金获得极细的晶粒组织，而且能让稀土元素能够均匀的包裹在镁合金表面，制得的镁合金具有耐高温、耐腐蚀和良好的韧性，且抗拉强度、屈服强度和延伸率也得到了提高，提高了镁合金的性能。稀土元素对镁合金具有细晶强化和析出强化作用，不仅能有效细化合金组织，而且可以显著改善镁合金的高温力学性能，提升抗蠕变、耐腐蚀性能，是镁合金中重要的合金元素，本申请在原料中加入稀土元素，加工处理后形成三元系合金(Mg-Li-稀土元素)，稀土元素能够细化三元系合金组织，从而提升镁合金的力学性能和耐腐蚀性。本申请原料中的Mg、Zn和稀土元素在经过真空固溶处理后发生固态相变，能够形成Mg-稀土元素-Zn、Mg-稀土元素-稀土元素、Mg稀土元素-Zn以及Mg-稀土元素-稀土元素-Zn的LPSO结构的合金系，该结构的合金具有良好的韧性、耐热性和抗压强度，提高了镁合金的性能。经过均匀化退火后，合金发生完全再结晶，孪晶消失，晶粒均匀，塑性提高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐高温耐腐蚀镁合金，其特征在于：所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：4.5～6.9％的Mo、6.6～8.8％的Zn、2.3～3.2％的Zr、0.1～0.6％的Sc、0.1～0.5％的W、1.2～1.8％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金，其特征在于：所述镁合金主要由Mg、Mo、Zn、Zr、Sc、W和稀土元素组成，各组分的按照以下质量百分比：5.8％的Mo、7.5％的Zn、2.8％的Zr、0.3％的Sc、0.3％的W、1.5％的稀土元素，余量为Mg以及不可避免的杂质；所述不可避免的杂质为Ca、Al等，其总量＜0.05％。

3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金，其特征在于：所述稀土元素为Ce、La、Eu、Ho、Yb、Sm、Tm、Gd、Dy、Pr、Y、Nd中的一种或一种以上。

4.一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于：在步骤(3)，所述真空固溶处理的工艺为：真空度为6.5～7.3MPa，在温度为415～430℃下保温22～25h。

6.根据权利要求4所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于：在步骤(4)，所述冷却是水冷，具体是通入冷水降温至230～260℃，冷却速度为-25～-35℃/min。

7.根据权利要求4所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于：在步骤(4)，所述均匀化退火的工艺为：退火温度为400～450℃，保温时间为8～13h。

8.根据权利要求4所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于：在步骤(5)，所述热挤压的温度为350～420℃，挤压速度为1.5～3m/min，挤压比为14～22:1。

9.根据权利要求4所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于：在步骤(5)，所述升温是将镁合金铸锭的温度升高至360～430℃，升温速率为-5～-18℃/min。

10.根据权利要求4所述的一种耐高温耐腐蚀镁合金的制备工艺，其特征在于：在步骤(5)，所述均匀化退火的工艺为：退火温度为470～520℃，保温时间为5～8h。