CN109735753A - 一种高强度耐腐耐热镁合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐腐耐热镁合金材料及其制备方法,主要涉及轻质合金材料技术领域,包括Zn、B、Ca、Sm、Nd,所述Zn的质量分数3.5‑6%、B的质量分数0.6‑1.5%、Ca的质量分数10‑15%、Sm的质量分数2‑4%、Nd的质量分数3‑6%、余量为Mg,通过Zn、B、Ca、Sm、Nd的合金科学配方设计,实现较低成本大幅度提高镁合金的耐腐蚀和耐高温性能。
Description
技术领域
本发明主要涉及轻质合金材料技术领域,具体是一种高强度耐腐耐热镁合 金材料及其制备方法。
背景技术
镁合金作为目前最轻的结构材料,密度为1.75~1.90g/cm3,仅为钢铁的 1/4,铝合
金的2/3。相比其他金属材料,镁合金具有高的比强度、比刚度,良好的切 削加工性能、电磁防护特性、阻尼性能及导热性,而且易回收。在目前铁矿、 钛矿和铝矿资源紧张的情况下,开发和利用镁作为替代材料已成为必然趋势。 因此,镁合金被誉为“21世纪商用绿色环保和生态金属结构材料”,正在汽车 工业、电子通讯业和航空航天等领域得到广泛的应用。
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,镁合金的耐腐蚀和耐热性能不佳,如何提高其在高温环境下实用的可 靠性,增强在高温环境下的耐腐蚀性能,是发展镁合金材料的重要课题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的不足和缺陷,本发明提供了一种高强度耐腐耐热镁 合金材料及其制备方法,该镁合金具有较高的强度,也具有较好的耐腐耐热性 能。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种高强度耐腐耐热 镁合金材料,包括Zn、B、Ca、Sm、Nd,所述Zn的质量分数3.5-6%、B的质量 分数0.6-1.5%、Ca的质量分数10-15%、Sm的质量分数2-4%、Nd的质量分数3-6%、 余量为Mg。
作为本发明的进一步改进,根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁 合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数3.5%、B的质量分数0.6%、Ca的 质量分数10%、Sm的质量分数2%、Nd的质量分数3%、Mg的质量分数80.9%。
作为本发明的进一步改进,根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁 合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数6%、B的质量分数1.5%、Ca的质 量分数15%、Sm的质量分数4%、Nd的质量分数6%、Mg的质量分数68.5%。
作为本发明的进一步改进,根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁 合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数4.5%、B的质量分数1%、Ca的质 量分数12%、Sm的质量分数2.5%、Nd的质量分数4%、Mg的质量分数76%。
作为本发明的进一步改进,所述Zn的质量分数5%、B的质量分数1.3%、Ca 的质量分数13%、Sm的质量分数3%、Nd的质量分数5%、Mg的质量分数72.7%。
作为本发明的进一步改进,一种根据权利要求1-5所述的一种高强度耐腐 耐热镁合金材料的制造方法,其特征在于:包括,
(1)将镁合金成分按质量进行配比,
(2)各元素在预热炉进行加热,采用铁坩埚,在熔炼炉中进行熔炼,同时在 预热炉和熔炼炉中通入保护气体,首先熔炼金属Mg,然后按质量分数从 高到低依次加入,全部熔炼后进行机械搅拌和超声处理,所述预热温度 200-300℃,所述熔炼温度800--900℃,
(3)将熔炼的金属溶液保持冷却温度700℃进行浇注,
(4)将浇注的金属经过标准热处理工艺进行处理。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果为:
(1)Ca元素的加入不仅改善了Zn元素在镁基体中的溶解度,同时Ca的加 入使得耐腐蚀表面膜中形成一种坚固的Ca2O3。
(2)本发明中,通过Zn、B、Ca、Sm、Nd的合金科学配方设计,实现较低 成本大幅度提高镁合金的耐腐蚀和耐高温性能。
具体实施方式
为了本发明的技术方案和有益效果更加清楚明白,下面结合具体实施例对 本发明进行进一步的详细说明,应当理解,此处所描述的具体实施方式仅用于 理解本发明,并不用于限定本发明,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种高强度耐腐耐热镁合金材料,其特征在于:包括Zn、B、Ca、Sm、Nd, 所述Zn的质量分数3.5-6%、B的质量分数0.6-1.5%、Ca的质量分数10-15%、 Sm的质量分数2-4%、Nd的质量分数3-6%、余量为Mg。
实施例1
所述Zn的质量分数3.5%、B的质量分数0.6%、Ca的质量分数10%、Sm的 质量分数2%、Nd的质量分数3%、Mg的质量分数80.9%。
(1)将镁合金成分按质量进行配比,
(2)各元素在预热炉进行加热,采用铁坩埚,在熔炼炉中进行熔炼,同时 在预热炉和熔炼炉中通入N2保护气体,首先熔炼金属Mg,然后按质量分数从高 到低依次加入,全部熔炼后进行机械搅拌和超声处理,所述预热温度200℃,所 述熔炼温度800℃,
(3)将熔炼的金属溶液保持冷却温度700℃进行浇注,
(4)将浇注的金属经过标准热处理工艺进行处理。
本实施例所得镁合金,其室温抗拉强度为292MPa,延伸率为4.1%,200℃ 的抗拉强度为226MPa,250℃的抗拉强度为220MPa,300℃时抗拉强度仍达到 212MPa。本实施例镁合金的抗拉强度在200℃至300℃内,拉伸强度仅降低 14MPa,抗拉强度极其稳定。
实施例2
所述Zn的质量分数6%、B的质量分数1.5%、Ca的质量分数15%、Sm的质 量分数4%、Nd的质量分数6%、Mg的质量分数68.5%。
(1)将镁合金成分按质量进行配比,
(2)各元素在预热炉进行加热,采用铁坩埚,在熔炼炉中进行熔炼,同时 在预热炉和熔炼炉中通入氩保护气体,首先熔炼金属Mg,然后按质量分数从高 到低依次加入,全部熔炼后进行机械搅拌和超声处理,所述预热温度300℃,所 述熔炼温度900℃,
(3)将熔炼的金属溶液保持冷却温度700℃进行浇注,
(4)将浇注的金属经过标准热处理工艺进行处理。
本实施例所得耐热镁合金,其室温抗拉强度为292MPa,延伸率为4.1%,200℃ 的抗拉强度为225MPa,250℃的抗拉强度为220MPa,300℃时抗拉强度仍达到 214MPa。本实施例镁合金的抗拉强度在200℃至300℃内,拉伸强度仅降低 11MPa,抗拉强度极其稳定。
实施例3
所述Zn的质量分数4.5%、B的质量分数1%、Ca的质量分数12%、Sm的质 量分数2.5%、Nd的质量分数4%、Mg的质量分数76%。
(1)将镁合金成分按质量进行配比,
(2)各元素在预热炉进行加热,采用铁坩埚,在熔炼炉中进行熔炼,同时 在预热炉和熔炼炉中通入N2保护气体,首先熔炼金属Mg,然后按质量分数从高 到低依次加入,全部熔炼后进行机械搅拌和超声处理,所述预热温度250℃,所 述熔炼温度850℃,
(3)将熔炼的金属溶液保持冷却温度700℃进行浇注,
(4)将浇注的金属经过标准热处理工艺进行处理。
本实施例所得耐热镁合金,其室温抗拉强度为292MPa,延伸率为4.1%,200℃ 的抗拉强度为220MPa,250℃的抗拉强度为216MPa,300℃时抗拉强度仍达到 202MPa。本实施例镁合金的抗拉强度在200℃至300℃内,拉伸强度仅降低 18MPa,抗拉强度极其稳定。
实施例4
所述Zn的质量分数5%、B的质量分数1.3%、Ca的质量分数13%、Sm的质 量分数3%、Nd的质量分数5%、Mg的质量分数72.7%。
(1)将镁合金成分按质量进行配比,
(2)各元素在预热炉进行加热,采用铁坩埚,在熔炼炉中进行熔炼,同时 在预热炉和熔炼炉中通入氩保护气体,首先熔炼金属Mg,然后按质量分数从高 到低依次加入,全部熔炼后进行机械搅拌和超声处理,所述预热温度280℃,所 述熔炼温度870℃,
(3)将熔炼的金属溶液保持冷却温度700℃进行浇注,
(4)将浇注的金属经过标准热处理工艺进行处理。
拉伸强度试验的方法:经固溶时效处理后的试样,按照国家标准GB6397-86 《金属拉伸实验试样》加工成5倍标准拉伸试样;在日本岛津AG-I250kN精密 万能实验机上进行拉伸试验,拉伸速率为1mm/min;高温拉伸时,要保温10分 钟,再进行拉伸。
本实施例所得耐热镁合金,其室温抗拉强度为292MPa,延伸率为4.1%,200℃ 的抗拉强度为224MPa,250℃的抗拉强度为216MPa,300℃时抗拉强度仍达到 205MPa。本实施例镁合金的抗拉强度在200℃至300℃内,拉伸强度仅降低 19MPa,抗拉强度极其稳定。
本发明涉及的腐蚀试验
浇注所得铸件使用线切割加工成的圆形薄片,经2000#水砂纸打磨, 酒精冲洗使试样表面光滑洁净,冷风吹干以后用精度为万分之一克的分析天平 进行称量,记原始质量为W2,每种合金取四个平行试样进行中性盐雾试验;中 性盐雾实验采用50g/L的NaCl溶液,PH值为6.8-7,试验温度为(60±5)℃, 相对湿度90%,试验时间为120h。
取出试样在铬酸(200g/LCrO3+10g/LAgNO3)溶液中清除镁合金表面上的腐 蚀产物,用酒精洗涤吹干并用分析天平称量记质量为W0,用以下公式计算腐蚀 速度v深(mm/a)。
腐蚀速度:
式中W2和W0分别是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(h),ρ为金属的密度(g/cm3),8.76 为单位换算系数,v失的单位为g/(m2·h)。每种合金的腐蚀速度实验结果为 三个试样的平均值。实施例1到4中合金的盐雾试验测定的腐蚀速度
Claims (6)
1.一种高强度耐腐耐热镁合金材料,其特征在于:包括Zn、B、Ca、Sm、Nd,所述Zn的质量分数3.5-6%、B的质量分数0.6-1.5%、Ca的质量分数10-15%、Sm的质量分数2-4%、Nd的质量分数3-6%、余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数3.5%、B的质量分数0.6%、Ca的质量分数10%、Sm的质量分数2%、Nd的质量分数3%、Mg的质量分数80.9%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数6%、B的质量分数1.5%、Ca的质量分数15%、Sm的质量分数4%、Nd的质量分数6%、Mg的质量分数68.5%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数4.5%、B的质量分数1%、Ca的质量分数12%、Sm的质量分数2.5%、Nd的质量分数4%、Mg的质量分数76%。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐耐热镁合金材料,其特征在于:所述Zn的质量分数5%、B的质量分数1.3%、Ca的质量分数13%、Sm的质量分数3%、Nd的质量分数5%、Mg的质量分数72.7%。
6.一种根据权利要求1-5所述的一种高强度耐腐耐热镁合金材料的制造方法,其特征在于:包括,
(1)将镁合金成分按质量进行配比,
(2)各元素在预热炉进行加热,采用铁坩埚,在熔炼炉中进行熔炼,同时在预热炉和熔炼炉中通入保护气体,首先熔炼金属Mg,然后按质量分数从高到低依次加入,全部熔炼后进行机械搅拌和超声处理,所述预热温度200-300℃,所述熔炼温度800--900℃,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Denomination of invention: A high-strength corrosion-resistant and heat-resistant magnesium alloy material and its preparation method Granted publication date: 20210223 Pledgee: Laiwu branch of China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG RONGJIN POWDER TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980005302 |