CN111218593B

CN111218593B - 一种快速溶解镁合金的制备方法

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Publication number: CN111218593B
Application number: CN202010155831.1A
Authority: CN
Inventors: 陈东旭; 温军国; 史学栋; 陈松; 邹宏辉; 马志新
Original assignee: XIAMEN TORCH SPECIAL METALLIC MATERIALS CO Ltd
Current assignee: XIAMEN TORCH SPECIAL METALLIC MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: CN111218593A

Abstract

本发明公开了属于金属材料腐蚀技术领域的一种快速溶解镁合金的制备方法。包括如下步骤：准备镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭，将部分镁锭熔融后加入其余合金锭一次熔炼浇铸，得到镁合金中间材料；然后将剩余镁锭二次熔融后加入镁合金中间体进行二次熔炼浇铸，得到镁合金材料。所述镁合金的腐蚀速率迅速，满足了工业生产用快速溶解镁合金的需求，并且可以实现对镁合金的腐蚀速率的调整。本发明镁合金在25℃，5％NaCl溶液条件下，腐蚀速率达到702‑2163mm/a；抗拉强度可达231‑283Mpa；抗压强度达到386‑456Mpa。

Description

一种快速溶解镁合金的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀技术领域，尤其涉及一种快速溶解镁合金的制备方法。

背景技术

镁具有很高的化学活性，经常被制作成牺牲阳极广泛应用于牺牲阳极及腐蚀电池阳极而被广泛应用。其原理是将镁阳极与被保护的阴极电极相连，由于镁阳极活性高、电位较阴极较负，阳极上的电子会通过电解质溶液向被保护的阴极不间断地输送电子，使被保护阴极处于较负的电位并得以被保护。腐蚀过程中镁阳极会逐渐腐蚀直至消失。在腐蚀电池及短时间封堵的应用中，需要镁阳极的腐蚀速率足够大，以保证其在短时间内完成腐蚀过程而达到在腐蚀电池中快速放电及封堵过程中的定时疏通。

目前市面上的快速溶解镁合金一般腐蚀时间长，且腐蚀时间无法调控。本发明涉及的快速溶解镁合金具有腐蚀速度快且腐蚀时间可控等优点，目前市场应用的溶解镁合金一般腐蚀速率较慢，应用具有一定局限性，本发明涉及的一种快速溶解镁合金可以将腐蚀速率提升到普通溶解镁合金的几倍至几十倍，且能保证其物理性能的良好性，能够满足市场对于不同溶解速度镁合金的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种快速溶解镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

准备镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭，将部分镁锭熔融后加入其余合金锭一次熔炼浇铸，得到镁合金中间材料；然后将剩余镁锭熔融后加入镁合金中间体进行二次熔炼浇铸，得到镁合金材料。

所述镁合金材料成分及含量：Ni 0.5wt％-6wt％，Cu 1wt％-2wt％，Fe 0.5wt％-2wt％，Si 0.5wt％-2wt％，一次熔炼镁7.5wt％-36wt％，余量为二次熔炼镁。

一种快速溶解镁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)对镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；

2)将部分处理后的镁锭置于熔炉中熔融并保温，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液I；

3)将处理后的镍锭、铜锭、铁锭及硅锭加入到镁液I中，一次熔炼并保温，保温过程中进行搅拌及除渣，得到熔融合金I；

4)将熔融合金I浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到镁合金中间材料；

5)将剩余处理后的镁锭置于熔炉中熔融并保温，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液II；

6)将镁合金中间材料加入到镁液II中，二次熔炼并保温，得到熔融合金II；

7)将熔融合金II浇铸在钢制模具中，自然冷却至室温，得到所述镁合金材料。

所述步骤1)所述镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭的纯度均≥99.9％。

所述步骤2)熔融温度为720-780℃，保温时间为20-30min。

所述步骤3)一次熔炼温度为800-830℃，保温时间为20-30min。

所述步骤5)熔融温度为750-800℃，保温时间为20-30min。

所述步骤6)二次熔炼温度为800-830℃，保温时间为40-50min。

在25℃，5％NaCl溶液条件下，所述镁合金的腐蚀速率为702-2163mm/a；抗拉强度为231-300Mpa；抗压强度为386-480Mpa。

本发明的有益效果在于：

1.本发明为腐蚀电池的阳极选择及可溶性封堵的封堵材料选择提供了一种快速溶解镁合金材料，解决了目前腐蚀电池阳极腐蚀过慢的问题，也提供了一种可控腐蚀时间的封堵阳极材料；

2.本发明中合金元素的添加可以在材料腐蚀过程中形成多种微电池，有助于材料的腐蚀加快，相比单一元素的添加可以更容易提升镁合金的腐蚀速率。

3.本发明通过添加Ni、Cu、Fe与Si合金元素，极大提升了镁合金的腐蚀速率，且能保持镁合金抗拉强度与抗压强度在其应用领域需求范围内。在25℃，5％NaCl溶液条件下，本发明涉及的镁合金的腐蚀速率可控制范围为702-2163mm/a，并且抗拉强度可达231-283Mpa；抗压强度达到386-456Mpa，极大地提高了材料的应用范围。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

实施例1：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：0.5％Ni，1％Cu，0.5％Fe，0.5％Si，一次熔炼镁7.5％，二次熔炼镁90％。

添加合金元素Ni，极大的提升了镁合金的腐蚀速率，扩大了快速溶解镁合金在快速腐蚀要求下的应用；；其中Ni元素对合金材料腐蚀速率影响最大，随着Ni元素的增加，合金材料腐蚀速率增大；且在Ni元素占比0.5％-2％wt时腐蚀速率增长较慢，在Ni元素占比2％-6％wt时腐蚀速率增长较快。

添加合金元素Cu，也可辅助提高镁合金的溶解速率，同时增强镁合金的抗拉强度及抗压强度，可以满足机械加工与零件制造的强度要求。

添加合金元素Fe与Si，提高合金熔融状态流动性的同时，进一步协同提高镁合金的腐蚀速率。

Cu，Fe，Si三种元素的添加量在限定范围内，随着合金元素含量的增加，材料的腐蚀速率增大。

通过调整合金元素的添加量，可以基本实现工业生产用快速溶解镁合金的需求，可以对不同环境下使用的快速溶解镁合金的腐蚀速率进行调整。

该合金制备方法为：

1)选择纯度均为99.9％的对镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；

2)将3倍于其他合金元素重量的处理过的镁锭置于熔炉中升温至720℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

3)将处理后的镍锭、铜锭、铁锭及硅锭加入到步骤2)的镁液中，进行一次熔炼并保温，温度为800℃，保温30min，得到熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；

4)保温过程结束后将熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到镁合金中间材料；

5)将剩余处理过的镁锭置于熔炉中，设置温度为750℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

6)将镁合金中间材料加入到步骤5)的镁液中，进行二次熔炼并保温，设置温度为800℃，保温40min；通过合金元素的二次熔炼，大大增强镁合金的腐蚀速率。

7)保温过程结束后将步骤6)的熔融合金浇铸在钢制模具中，自然冷却至室温，得到所述镁合金材料；

所制备的镁合金在25℃，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为702mm/a，抗拉强度231Mpa，抗压强度386Mpa。

实施例2：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：2％Ni，1％Cu，1％Fe，1％Si，余一次熔融镁15％，二次熔融镁80％；

该合金制备方法为：

2)将3倍于其他合金元素重量的处理过的镁锭置于熔炉中升温至740℃，保温30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

3)将处理后的镍锭、铜锭、铁锭及硅锭加入到步骤2)的镁液中，进行一次熔炼并保温，温度为810℃，保温20min，得到熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；

5)将剩余处理过的镁锭置于熔炉中，设置温度为770℃，保温25min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

6)将镁合金中间材料加入到步骤5)的镁液中，进行二次熔炼并保温，设置温度为810℃，保温40min；

所制备的镁合金在25℃，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为1193mm/a，抗拉强度246Mpa，抗压强度407Mpa。

实施例3：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：4％Ni，1.5％Cu，1.5％Fe，1.5％Si，一次熔融镁25.5％，二次熔融镁66％；

该合金制备方法为：

2)将3倍于其他合金元素重量的处理过的镁锭置于熔炉中升温至760℃，保温25min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

3)将处理后的镍锭、铜锭、铁锭及硅锭加入到步骤2)的镁液中，进行一次熔炼并保温，温度为830℃，保温30min，得到熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；

5)将剩余处理过的镁锭置于熔炉中，设置温度为780℃，保温30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

6)将镁合金中间材料加入到步骤5)的镁液中，进行二次熔炼并保温，设置温度为820℃，保温40min；

所制备的镁合金在25℃，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为1501mm/a，抗拉强度267Mpa，抗压强度431Mpa。

实施例4：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：6％Ni，2％Cu，2％Fe，2％Si，一次熔融镁36％，二次熔融镁52％；

该合金制备方法为：

2)将3倍于其他合金元素重量的处理过的镁锭置于熔炉中升温至780℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

3)将处理后的镍锭、铜锭、铁锭及硅锭加入到步骤2)的镁液中，进行一次熔炼并保温，温度为825℃，保温30min，得到熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；

5)将剩余处理过的镁锭置于熔炉中，设置温度为790℃，保温25min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到镁液；

6)将镁合金中间材料加入到步骤5)的镁液中，进行二次熔炼并保温，设置温度为825℃，保温40min；

所制备的镁合金在常温，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为2163mm/a，抗拉强度283Mpa，抗压强度456Mpa。

对比例1：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：2％Cu，余量为Mg；

该合金制备方法为：

1)对镁锭、铜锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；

2)将处理过的镁锭置于熔炉中升温至750-800℃；

3)在750-800℃温度下保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣；

4)加入处理后的铜锭，升温至800-830℃，保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣；

5)保温过程结束后将熔融合金浇铸在钢制模具中，自然冷却至室温；

所制备的镁合金在常温，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为184mm/a。

对比例2：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：6％Ni，余量为Mg；

该合金制备方法为：

1)对镁锭、镍锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；

2)将处理过的镁锭置于熔炉中升温至750-800℃；

4)加入处理后的镍锭，升温至800-830℃，保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣；

所制备的镁合金在常温，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为788mm/a。

对比例3：

一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：6％Ni，2％Cu，余量为Mg；

该合金制备方法为：

1)对镁锭、镍锭、铜锭、进行表面处理，去除表面氧化物及油污；

2)将处理过的镁锭置于熔炉中升温至750-800℃；

所制备的镁合金在常温，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为1023mm/a。

性能测试：取实施例1-4及对比例1-3制备出的快速溶解镁合金样品，在25℃，5％NaCl溶液测试条件下，测试其腐蚀性能(失重法测腐蚀速率)；取实施例1-4制备出的快速溶解镁合金样品，测试其抗拉强度与抗压强度，结果如表1所示。

快速溶解镁合金试样	腐蚀速率(mm/a)	抗拉强度(Mpa)	抗压强度(Mpa)
				实施例1	702	231	386
实施例2	1193	246	407
				实施例3	1501	267	431
实施例4	2163	283	456
				对比例1	184
对比例2	788
				对比例3	1023

以上获得的材料具有快速溶解特性和良好的物理和机械力学特性，可以与其他各类材料有效配合协同改善体系内其他溶解材料的环境适用性能。

Claims

1.一种快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭，将部分镁锭熔融后加入其余合金锭一次熔炼浇铸，得到镁合金中间材料；然后将剩余镁锭熔融后加入镁合金中间体进行二次熔炼浇铸，得到镁合金材料；

所述镁合金材料成分及含量：Ni 0.5wt％-6wt％，Cu 1wt％-2wt％，Fe 0.5wt％-2wt％，Si0.5wt％-2wt％，一次熔炼镁7.5wt％-36wt％，余量为二次熔炼镁；

所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤1)所述镁锭、镍锭、铜锭、铁锭、硅锭的纯度均≥99.9％。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤2)熔融温度为720-780℃，保温时间为20-30min。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤3)一次熔炼温度为800-830℃，保温时间为20-30min。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤5)熔融温度为750-800℃，保温时间为20-30min。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤6)二次熔炼温度为800-830℃，保温时间为40-50min。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在25℃，5％NaCl溶液条件下，所述镁合金的腐蚀速率为702-2163mm/a；抗拉强度为231-300MP a；抗压强度为386-480MPa。