CN110029256B - 一种提高az91镁合金耐腐蚀性能的方法 - Google Patents

一种提高az91镁合金耐腐蚀性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于镁合金增强技术领域，具体涉及一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.35‑8.95、Zn0.55‑0.70、Gd1.35‑1.85，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。本发明相比现有技术具有以下优点：带有搅拌装置的盖体和熔炼炉能够保证在加入Gd后对熔体进行搅拌，避免搅拌轴下方出现涡流引起Gd在熔体中分布不均匀；通过合理调整合金成分，以及对熔体进行合理搅拌，使所得合金内部晶粒细化，在保证抗拉强度、屈服强度的前提下进一步提高合金的耐腐蚀性能。

Description

一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法
技术领域
本发明属于镁合金增强技术领域，具体涉及一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法。
背景技术
镁合金因密度低和比强度高的优点而被广泛引用于航空航天、汽车等领域，随着汽车工业的发展，镁合金已成为最具发展潜力的结构材料之一，相较于铸造镁合金，变形镁合金在变形过程中组织得到优化，铸造缺陷得以消除，其综合力学性能明显提高，AZ91合金是目前使用最广泛的一种铸造镁合金，其抗拉强度为167MPa，屈服强度为95MPa，延伸率为2.1%，腐蚀速率为52mg/cm²/d；在现有实际生产中，申请号为2007100110196的专利文件公开了一种高强度耐热压铸镁合金及其制备方法，通过在AZ91合金中加入适量的金属Ca和稀土元素Y的条件下对熔体简单处理，增强合金的耐热性，保证其拉伸性能，抗拉强度达到255.3MPa，屈服强度达到179.3MPa，延伸率δ5为4%，在高温条件下，各性能变化不大；申请号为2006100170385的专利文件公开了一种高强度铸造镁合金及其制造方法，向AZ91合金中加入微量低熔点的Ho中间合金，通过Ho对合金微观组织的改变，以固溶强化、析出强化和细精强化的方式，获得了具有优良常温及高温机械性能的合金，使镁合金强度得到较大幅度的提高，具体的，合金抗拉强度达到228-277.5MPa，延伸率为4.9%；申请号为2015100536367的专利文件公开了一种高强度薄壁部件用镁合金及其制备方法，通过对镁合金配方进行改进，有效提高其性能，使抗拉强度达到280-290MPa，屈服强度达到了180-190MPa，流动性能也得到了显著的提升，保证了较高的压铸成本率；由以上内容可以看出，在AZ91合金中加入不同的材料，会实现不同的技术效果，说明原料的选择对合金综合性能有重要影响；申请号为2015106587748的专利文件公开了一种Mg-Zn-Gd准晶增强的AZ91镁合金及其制备方法，制备组织明确、成分均匀的Mg-Zn-Gd准晶合金，在保证了镁合金的高的比强度和比刚度的同时，提高合金的塑性和耐腐蚀性能，通过验证，其抗拉强度达到了189-260MPa，屈服强度达到了100-125MPa，延伸率为3.0-4.1%，腐蚀速率为10-58mg/cm²/d；通过研究实施例1-5的实验数据可以看出，随着Mg-Zn-Gd准晶合金中Gd的增加，能够有效提高合金的耐腐蚀速率，但其抗拉强度和屈服强度会逐渐降低，影响其使用范围，但镁合金材料在实际应用中，对镁合金的耐腐蚀性有较高的要求，因此，对如何保证综合力学性能的同时提高耐腐蚀需要进一步研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有提高合金的耐腐蚀速率，但会影响抗拉强度和屈服强度的问题，经分析后发现，随着Gd含量的增加，导致抗拉强度和屈服强度降低，是由于Gd熔点较高，为1313℃，过量加入容易形成偏析，提供了一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.35-8.95、Zn0.55-0.70、Gd1.35-1.85，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1-2分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌10-15分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至260-280℃的钢模中成型。
作为对上述方案的进一步改进，所述AZ91镁合金铸锭成分按重量百分比为Mg90.3，Al9，Zn0.7。
作为对上述方案的进一步改进，所述AZ91镁合金升温熔化时的温度为685-695℃。
作为对上述方案的进一步改进，所述混合气体按体积比为二氧化碳98-99%和六氟化硫1-2%。
作为对上述方案的进一步改进，所述带有搅拌装置的盖体和熔炼炉相匹配，还包括支架底座，所述支架底座上方设有伸缩杆，伸缩杆上方设有相对于伸缩杆旋转的旋转件，旋转件顶部设有支撑台，所述支撑台的一侧固定连接盖体，所述盖体底部设有柱型凸台，所述柱型凸台的外径与熔炼炉内径相匹配；所述盖体包括贯穿盖体的中心孔和出气孔，在盖体上方设有支撑架，所述支撑架上安装搅拌电机，搅拌电机下方穿过中心孔连接搅拌轴，中心孔与搅拌轴之间装设轴承件，搅拌轴外周设有多个搅拌叶，出气孔内连接出气管；所述熔炼炉底部均匀分布多个锥形凸起，熔炼炉底部设有多个进气孔，进气孔内装设喷气头，多个喷气头的后端连接分流器，所述分流器连接进气管道；带有搅拌装置的盖体由于伸缩杆和旋转件的配合作用，能使盖体垂直活动或旋转活动，进而能够使盖体盖设于熔炼炉上，搅拌装置对熔体进行搅拌，能够有效避免出现Gd在熔体中分布不均匀引起的偏析，进而保证在增加Gd的基础上仍能保证一定的抗拉强度和屈服强度。
作为对上述方案的进一步改进，所述锥形凸起包括中心凸起和按圆周均匀分布的小型凸起，中心凸起的母线长和底面半径大于小型突起的对应参数，小型凸起的母线长和底面半径由内到外，逐渐减小；锥形凸起的合理设计能够避免搅拌轴下方形成涡流，进而避免Gd在熔炼炉底部大量存在，进一步保证Gd在熔体内均匀分布，以保证其综合力学性能。
作为对上述方案的进一步改进，所述喷气头底部设有控制阀，能通过调整控制阀的工作状态实现喷气头的启闭，能够保证混合气体在适当的时候喷入。
本发明相比现有技术具有以下优点：带有搅拌装置的盖体和熔炼炉能够保证在加入Gd后对熔体进行搅拌，避免搅拌轴下方出现涡流引起Gd在熔体中分布不均匀；通过合理调整合金成分，以及对熔体进行合理搅拌，使所得合金内部晶粒细化，在保证抗拉强度、屈服强度的前提下进一步提高合金的耐腐蚀性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是盖体俯视图。
图3是熔炼炉底面俯视图。
图4是分流器俯视图。
图5是分流器前视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
为了详细说明本发明的技术内容、所实现的目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过合理调整合金元素配比，使所得合金能够具有较好的耐腐蚀性，然后配合带有搅拌装置的盖体和熔炼炉能够保证在加入Gd后对熔体进行搅拌，带有搅拌装置的盖体和熔炼炉能够保证在加入Gd后对熔体进行搅拌，进而使合金内部晶粒细化，保证较强的抗拉强度和屈服强度。
一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.35-8.95、Zn0.55-0.70、Gd1.35-1.85，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温至685-695℃熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1-2分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌10-15分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至260-280℃的钢模中成型。
其中，所述AZ91镁合金铸锭成分按重量百分比为Mg90.3，Al9，Zn0.7；所述混合气体按体积比为二氧化碳98-99%和六氟化硫1-2%。
如图1-5中所示，所述带有搅拌装置的盖体2和熔炼炉5相匹配，还包括支架底座1，所述支架底座1上方设有伸缩杆11，伸缩杆11上方设有相对于伸缩杆11旋转的旋转件12，旋转件12顶部设有支撑台13，所述支撑台13的一侧固定连接盖体2，所述盖体2底部设有柱型凸台21，所述柱型凸台21的外径与熔炼炉5内径相匹配；所述盖体2包括贯穿盖体2的中心孔22和出气孔24，在盖体2上方设有支撑架23，所述支撑架23上安装搅拌电机3，搅拌电机3下方穿过中心孔22连接搅拌轴31，中心孔22与搅拌轴31之间装设轴承件33，搅拌轴33外周设有多个搅拌叶32，出气孔24内连接出气管4；所述熔炼炉5底部均匀分布多个锥形凸起51，熔炼炉5底部设有多个进气孔52，进气孔52内装设喷气头62，多个喷气头62的后端连接分流器6，所述分流器6连接进气管道61；带有搅拌装置的盖体2由于伸缩杆11和旋转件12的配合作用，能使盖体2垂直活动或旋转活动，进而能够使盖体2盖设于熔炼炉5上，搅拌装置对熔体进行搅拌，能够有效避免出现Gd在熔体中分布不均匀引起的偏析，进而保证在增加Gd的基础上仍能保证一定的抗拉强度和屈服强度；
如图3中所示，所述锥形凸起51包括中心凸起和按圆周均匀分布的小型凸起，中心凸起的母线长和底面半径大于小型突起的对应参数，小型凸起的母线长和底面半径由内到外，逐渐减小，因为由于搅拌叶的搅拌作用，搅拌轴正下方容易形成涡流，由内到外熔体对熔炼炉底部的冲击力逐渐减小；锥形凸起的合理设计能够避免搅拌轴下方形成涡流，进而避免Gd在熔炼炉底部大量存在，进一步保证Gd在熔体内均匀分布，以保证其综合力学性能；
所述喷气头62底部设有控制阀，能通过调整控制阀的工作状态实现喷气头62的启闭，能够保证混合气体在适当的时候喷入；
另外，出气管外接收集处理罐，经处理后的混合气体可重复使用；进气管另一端通过输气泵连接惰性气体储气罐，相关连接均为现有常规技术。
实施例1
一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.65、Zn0.67、Gd1.55，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温至690℃熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1.5分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌12分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至270℃的钢模中成型。
所述熔炼炉及带有搅拌装置的盖体如前述。
实施例2
一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.95、Zn0.55、Gd1.85，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温至695℃熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌15分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至260℃的钢模中成型。
所述熔炼炉及带有搅拌装置的盖体如前述。
实施例3
一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.35、Zn0.70、Gd1.35，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温至685℃熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌2分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌10分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至280℃的钢模中成型。
所述熔炼炉及带有搅拌装置的盖体如前述。
实施例4
一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.65、Zn0.67、Gd1.85，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温至690℃熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1.5分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌12分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至270℃的钢模中成型。
所述熔炼炉及带有搅拌装置的盖体如前述。
实施例5
一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.35、Zn0.55、Gd2.0，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温至690℃熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1.5分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌12分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至270℃的钢模中成型。
所述熔炼炉及带有搅拌装置的盖体如前述。
以申请号为2015106587748的专利文件实施例3作为对照组1，即合金元素含量配比为Al8.49%、Zn3.59%、Gd0.86%；设置对照组2，将实施例1熔炼炉底部的锥形凸起替换为普通平面，其余内容不变；设置对照组3，将分流器连接多个喷气头替换为进气管连接一个单独的喷气头，其余内容不变；
按照申请号为2015106587748的专利文件中方法对本申请各组所得合金力学性能进行检测，得到以下结果：
表1
Figure 166271DEST_PATH_IMAGE002
通过设置实施例和对照组，可以看出，实施例3中腐蚀速率较慢，其耐腐蚀性能较好，且抗拉强度和屈服强度也保持在较高水平，但是在此基础上增加Gd的加入量，反而会影响合金的综合性能，对于熔体不同的搅拌条件也会影响合金最终的综合性能，因此，应当综合考虑制备过程中各条件对合金性能的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征在于，以AZ91镁合金铸锭为母合金，加入纯Gd、以及适量纯Al和纯Zn制成，所得合金成分按重量百分比为Al8.35-8.95、Zn0.55-0.70、Gd1.35-1.85，剩余部分为Mg和不可避免的杂质；
在制备时，在熔炼炉中将AZ91镁合金升温熔化后，按照计算加入纯Al和纯Zn搅拌1-2分钟，然后加入纯Gd，使合金成分配比满足前述要求，完成后用带有搅拌装置的盖体封盖，再通入混合气体保护，搅拌10-15分钟后，静置20分钟打开盖体，扒渣，将混合熔液浇注到预热至260-280℃的钢模中成型；
所述带有搅拌装置的盖体和熔炼炉相匹配，还包括支架底座，所述支架底座上方设有伸缩杆，伸缩杆上方设有相对于伸缩杆旋转的旋转件，旋转件顶部设有支撑台，所述支撑台的一侧固定连接盖体，所述盖体底部设有柱型凸台，所述柱型凸台的外径与熔炼炉内径相匹配；所述盖体包括贯穿盖体的中心孔和出气孔，在盖体上方设有支撑架，所述支撑架上安装搅拌电机，搅拌电机下方穿过中心孔连接搅拌轴，中心孔与搅拌轴之间装设轴承件，搅拌轴外周设有多个搅拌叶，出气孔内连接出气管；所述熔炼炉底部均匀分布多个锥形凸起，熔炼炉底部设有多个进气孔，进气孔内装设喷气头，多个喷气头的后端连接分流器，所述分流器连接进气管道；
所述锥形凸起包括中心凸起和按圆周均匀分布的小型凸起，中心凸起的母线长和底面半径大于小型突起的对应参数，小型凸起的母线长和底面半径由内到外，逐渐减小。
2.如权利要求1所述一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述AZ91镁合金铸锭成分按重量百分比为Mg90.3，Al9，Zn0.7。
3.如权利要求1所述一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述AZ91镁合金升温熔化时的温度为685-695℃。
4.如权利要求1所述一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述混合气体按体积比为二氧化碳98-99%和六氟化硫1-2%。
5.如权利要求1所述一种提高AZ91镁合金耐腐蚀性能的方法，其特征在于，
所述喷气头底部设有控制阀，能通过调整控制阀的工作状态实现喷气头的启闭。
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