CN109923229A - 耐腐蚀镁合金 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的方面，一种方法，包括获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂并且将镁、锰和阴极毒剂结合，从而基于100份动力学受阻镁合金形成动力学受阻镁合金，其包括小于1重量份的锰和小于约5重量份的阴极毒剂。阴极毒剂配置成当与镁结合时抑制阴极反应。

Description

耐腐蚀镁合金
技术领域
本公开涉及镁合金领域，更具体地，涉及用于抑制镁合金腐蚀的系统和方法。
背景技术
镁是一种轻质化合物，可用于形成部件。镁基部件可用于各种应用，例如各种工业中的壳体和结构部件，包括汽车、航空航天等。这些镁基部件可以是例如结构部件、发动机部件、壳体、高温部件等。有利地，镁基部件由最轻的结构金属形成，提供高产率的再循环，并提供结构特征，例如有利于替代材料的晶粒结构。
发明内容
期望生产耐腐蚀的镁基部件。有利地，本文公开的制备动力学受阻镁合金的方法可用于形成镁基部件。动力学受阻镁合金耐腐蚀并提供额外的益处，如将在下面的详细描述中进一步描述的。
根据本公开的方面，一种方法，包括获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂并且将镁、锰和阴极毒剂结合，从而基于100份动力学受阻镁合金形成动力学受阻镁合金，其包括小于1重量份的锰和小于约5重量份的阴极毒剂。阴极毒剂配置成当与镁结合时抑制阴极反应。
根据本公开的其他方面，阴极毒剂包括从元素周期表第14族元素的合金元素、元素周期表第15族元素的合金元素和元素周期表第16族元素的合金元素中选择的至少一种元素。
根据本公开的其他方面，阴极毒剂包括硅。
根据本公开的其他方面，所述阴极毒剂包括非金属合金元素。
根据本公开的其他方面，所述阴极毒剂是选自磷、硫和硒的非金属合金元素。
根据本公开的其他方面，所述阴极毒剂由元素周期表第16族元素的合金元素的至少一个组成。
根据本公开的其他方面，所述第一量的镁包括氢促进剂，并且在形成所述动力学受阻镁合金之前或期间不除去所述氢促进剂。
根据本公开的其他方面，还包括将所述动力学受阻镁合金直接暴露于水相环境。
根据本公开的其他方面，还包括，由所述动力学受阻镁合金形成汽车部件。
根据本公开的方面，一种方法，包括获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂，并将镁、锰和阴极毒剂结合，从而形成动力学受阻镁合金，其基于100重量份的动力学受阻镁合金包括小于约6重量份的锰和阴极毒剂的组合。阴极毒剂配置成当与镁结合时抑制阴极反应。
根据本公开的其他方面，阴极毒剂包括硅。
根据本公开的其他方面，所述阴极毒剂包括非金属合金元素。
根据本公开的其他方面，所述阴极毒剂是选自磷、硫和硒的非金属合金元素。
根据本公开的其他方面，所述阴极毒剂由元素周期表第16族元素的合金元素组成。
根据本公开的方面，一种方法，包括获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂并且将镁、锰和阴极毒剂组合从而形成动力学阻碍镁合金。阴极毒剂是非金属合金元素，其配置成当与镁结合时抑制阴极反应。
根据本发明的其他方面，所述动力学受阻镁合金包含小于约6重量份的锰和阴极毒剂的组合。
根据本发明的其他方面，所述动力学受阻镁合金包含小于1重量份的锰和小于约5重量份的阴极毒剂。
根据本发明的其他方面，非金属合金元素选自磷、硫和硒。
根据本公开的其他方面，还包括将所述动力学受阻镁合金直接暴露于水相环境。
根据本公开的其他方面，还包括，由所述动力学受阻镁合金形成汽车部件。
根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
具体实施方式
当暴露于水相环境时，镁基产品会腐蚀。腐蚀通过阴极反应进行。与镁基底接触的水的腐蚀反应可表示如下。
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2(g) (1)
阳极半反应可表示如下。
Mg→Mg2++2e- (2)
阴极半反应可表示如下。
H++e-→H(ad) (3)
通过阴极半反应(方程式(3))产生的吸附的氢H(ad)保持吸附到镁基底的第一活性位点，直到另一吸附的氢H(ad)占据镁基底的第二活性位点，其足够接近第一活性位点以允许两个吸附的氢H(ad)原子析出气态双原子氢H2。
有利地，根据本公开的方面，镁、锰和阴极毒剂(cathodic poison)可以组合以形成动力学受阻镁合金(kinetically hindered magnesium alloy)，其被配置为抑制阴极反应从而抑制由动力学阻碍的镁合金形成的镁基产物的析氢和腐蚀。阴极毒剂是动力学抑制阴极反应的任何元素或元素组合。在一些方面，阴极毒剂配置成当与镁结合时抑制阴极反应。阴极毒剂可通过改变可用于发生阴极反应的位点的数量、增加阴极反应发生位点之间的距离、其组合等来动力学抑制阴极反应。
在一些方面，阴极毒剂包括来自元素周期表第14-16族元素的合金元素。如本文所用，“合金元素”是指能够单独或与其他元素组合而与镁形成合金的元素。元素周期表第14族元素的合金元素包括例如硅、锗、锡和铅。元素周期表第15族元素的合金元素包括例如磷、砷、锑和铋。元素周期表第16族元素的合金元素包括例如硫、硒、碲和钋。
在一些方面，阴极毒剂是硅。令人惊奇的是，硅可以用作阴极毒剂，以在与镁形成合金时抑制阴极反应和气态氢的产生。有利地，通过诸如微电子制造的这样的工业中的已知方法，硅更丰富、更便宜、更易于加工和净化，并且与如汞、铟和镓这样的金属毒剂相比，处理和掺入的危险性更小。
在一些方面，阴极毒剂是非金属合金元素。令人惊奇的是，非金属合金元素可用作阴极毒剂，以在与镁形成合金时抑制阴极反应和气态氢的产生。在一些方面，阴极毒剂是非金属合金元素，其由选自非金属元素的元素组成。更具体地，非金属合金元素可选自磷、硫和硒。有利地，非金属合金元素可以比如汞、铟和镓这样的金属毒剂更丰富、更便宜、更容易加工，并且处理和掺入合金的危险性更小。
在一些方面，阴极毒剂是选自元素周期表第16族元素的合金元素。令人惊奇的是，元素周期表第16族元素的合金元素可用作阴极毒剂，以在与镁形成合金时抑制阴极反应和气态氢的产生。有利地，选自元素周期表第16族中的一种或多种合金元素可用于增强所得合金的机械加工性和其他性能。
在一些方面，形成动力学受阻镁合金的方法包括获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂。可以通过例如获得商业纯镁(例如，99.8％Mg)来获得第一量的镁。或者，可以通过例如获得由镁和其他化合物组成的镁合金来获得第一量的镁。用于获得第一量镁的镁合金可以包括与例如铝、锌、锰、硅、铜、稀土元素、锆及其组合等混合的镁。适用于获得第一量镁的一些示例镁合金包括AZ91(约9重量份Al和约1重量份Zn，余量基本上为Mg)、AZ92(约9重量份Al和约2重量份的Zn，余量基本上为为Mg)、AZ63(约6重量份Al和约3重量份Zn，余量基本上为Mg)、A10(约10重量份Al，余量基本上为Mg)。
该方法还包括将所获得的镁、锰和阴极毒剂组合以通过本领域普通技术人员认识到的任何合适的合金化方法形成动力学受阻镁合金。在一些方面，所述动力学受阻镁合金包含小于1重量份的锰和小于约5重量份的阴极毒剂。在一些方面，动力学受阻镁合金包含少于约6重量份的锰和阴极毒剂。动力学受阻镁合金的余量通常是镁。在一些方面，动力学受阻镁合金是约88重量份的镁。在一些方面，动力学受阻镁合金为至少94重量份的镁。
用于获得第一量镁的材料通常包括至少一种氢促进剂(例如铁、镍、铜、钴等)作为杂质。氢促进剂对镁和由其形成的部件的腐蚀有贡献。虽然可以纯化材料以使至少一种氢促进剂最小化，但通常不能完全除去该至少一种氢促进剂。因此，至少一种氢促进剂将继续促进阴极反应。有利地，本发明的方面提供形成动力学受阻镁合金，其甚至在至少一种氢促进剂的存在下也抑制阴极反应。在一些方面，在形成动力学受阻镁合金之前或期间不除去氢促进剂。因此，可以避免与材料纯化相关的成本，同时实现显着的耐腐蚀性。
在一些方面，镁基部件由动力学受阻镁合金形成。镁基部件可以是例如汽车部件。
一些镁基部件具有施加到部件表面的保护涂层，以防止水相环境与镁基部件的镁基底之间的接触。这些保护涂层可包括在镁基部件的表面上的至少一层材料。有害地，对保护涂层的任何损坏(例如到达镁基底的划痕)均会将镁基底中的镁暴露于水相环境。因此，通过接触或普通的磨损和风化，涂层可能变得无效。有利地，本公开的方面提供了形成动力学受阻镁合金，其可以在没有保护涂层的情况下直接暴露于水相环境。根据本发明的动力学受阻镁合金在镁基部件的表面被损坏或去除之后继续抑制阴极反应，因为动力学受阻镁合金本身抑制腐蚀。另外，表面涂层倾向于由昂贵的材料(如贵金属)形成。因此，可以避免与将保护涂层施加到镁基部件上并获得用于保护涂层的材料相关的成本，同时实现显着的耐腐蚀性。
有利地，由动力学受阻镁合金形成部件能得到耐腐蚀的镁基部件。此外，由动力学受阻镁合金形成的这些镁基部件提供了对使用其他材料(例如铝或钢)的实际替代方案，其可以降低部件的总重量、降低获取原材料的成本、降低制造成本、降低与部件回收相关的成本、提高回收部件的产量、和/或降低整体车辆重量。
虽然已经详细描述了用于执行本公开的最佳模式，但是熟悉本公开所涉及领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内实践本公开的各种替代设计、实施例和方面。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂，所述阴极毒剂配置成当与镁结合时抑制阴极反应；和
结合镁、锰和阴极毒剂从而形成动力学受阻镁合金，其基于100份动力学受阻镁合金包含小于1重量份的锰和小于约5重量份的阴极毒剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中，阴极毒剂包括从元素周期表第14族元素的合金元素、元素周期表第15族元素的合金元素和元素周期表第16族元素的合金元素中选择的至少一种元素。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述阴极毒剂包括硅。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述阴极毒剂包括非金属合金元素。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述阴极毒剂是选自磷、硫和硒的非金属合金元素。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述阴极毒剂由元素周期表第16族元素的合金元素的至少一个组成。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一量的镁包括氢促进剂，并且其中在形成所述动力学受阻镁合金之前或期间不除去所述氢促进剂。
8.如权利要求1所述的方法，还包括，将所述动力学受阻镁合金直接暴露于水相环境。
9.如权利要求1所述的方法，还包括，由所述动力学受阻镁合金形成汽车部件。
10.一种方法，包括：
获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂，所述阴极毒剂配置成当与镁结合时抑制阴极反应；和
结合镁、锰和阴极毒剂从而形成动力学受阻镁合金，其基于100重量份的动力学受阻镁合金包括小于约6重量份的锰和阴极毒剂的组合。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述阴极毒剂包括硅。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述阴极毒剂包括非金属合金元素。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述阴极毒剂是选自磷、硫和硒的非金属合金元素。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述阴极毒剂由元素周期表第16族元素的合金元素组成。
15.一种方法，包括：
获得第一量的镁、第二量的锰和第三量的阴极毒剂，所述阴极毒剂是非金属合金元素，其配置成当与镁结合时抑制阴极反应；和
结合镁、锰和阴极毒剂，从而形成动力学受阻镁合金。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述动力学受阻镁合金包含小于约6重量份的锰和阴极毒剂的组合。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述动力学受阻镁合金包含小于1重量份的锰和小于约5重量份的阴极毒剂。
18.如权利要求15所述的方法，其中，非金属合金元素选自磷、硫和硒。
19.如权利要求15所述的方法，还包括，将所述动力学受阻镁合金直接暴露于水相环境。
20.如权利要求15所述的方法，还包括，由所述动力学受阻镁合金形成汽车部件。
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