CN111254333A - 一种多元高强耐蚀变形镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多元高强耐蚀变形镁合金及制备方法，该变形镁合金的各组分元素的质量百分含量为：Sn为2.8～4.8％，Zn为0.8～2.2％，Zr为0.3～1.0％，RE(稀土金属)为0.2～2.2％，Mn为0.05～0.15％，杂质含量≤0.2％，余量为Mg。变形镁合金的制备方法是在镁基底材料中加入Zn、Sn、RE和Zr形成高熔点颗粒相Mg₂Sn，MgSnRE和Mg–Zn相，并通过Zn的加入进一步细化高熔点颗粒相，提高合金的强塑性、成型性和耐蚀性；同时Sn与Mg结合生成Mg₂Sn，进一步改善合金高温性能；Mn的添加减小杂质元素的危害，提高合金的耐蚀性；通过调整元素间的配比以及熔化、挤压铸造、均质处理和轧制加工工艺参数，获得了一种具有优异的力学性能的多元高强耐蚀变形镁合金。该变形镁合金对扩大镁合金板材的工业化应用具有重要的意义。

Description

一种多元高强耐蚀变形镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域的合金及其制备方法，具体涉及的是一种多元高强耐蚀变形镁合金及其制备方法。

背景技术

近年来，受到能源危机和环境问题的影响，为了降低能耗和减少尾气排放造成的环境污染，对交通和装备制造领域轻量化提出更高的要求。镁合金作为目前可应用的最轻金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度、良好的抗磁干扰性、优异的阻尼减震性能、高导热性和易循环利用等优点，镁合金作为环境友好的轻质材料引起了广泛的关注，在航空航天、交通运输设备制造、3C产品和生物医学等领域有着巨大的应用前景，已成为21世纪最具有发展潜力的金属材料之一。但是商用变形镁合金仍然以AZ31、ZK60以及含高稀土含量镁合金为主。

其中，AZ31变形镁合金研究较为广泛，但其高温强度较低。为了解决这个问题，许多报道从成分设计和热处理等方面对镁合金开展了研究，旨在改善其力学性能。Mg–Zn–Zr合金也是较常见的一种镁合金体系，其代表是ZK60镁合金，可通过慢速挤压成型，ZK60合金中的强化相Mg-Zn相及GP区的Zr原子团有利于提高其力学性能。但是，ZK60镁合金存在变形能力较差，和耐蚀性较弱的问题，但是，ZK60合金由于具有较高的Zn含量，容易导致其铸态时合金会产生开裂。又由于Mg-Zn相的熔点较低，其高温强度仍不能满足当前工业应用。高稀土含量的镁合金，虽然具有较佳的力学性能，但其成本较高，主要用于军工和航天领域。为此，开发工业应用的并具有成本低、优异的力学性能的变形镁合金已经迫在眉睫。

Sn在镁合金中能降低镁的层错能，有利于实现超塑性；Sn还具有一定的固溶强化效果。同时Sn与Mg反应生成的Mg₂Sn相的熔点较高(770℃)，有助于改善镁合金的高温性能。但是Sn含量较高时，Mg₂Sn的尺寸变大并聚集在晶界，将降低合金的力学性能。只含有Sn的Mg–Sn二元合金的力学性能较低，有待进一步提高。稀土金属RE元素加入到Mg–Sn镁合金中，可形成Mg–Sn–RE三元相、Mg–RE相和Sn–RE相，这些高熔点的相有助于提升镁合金高温强度。但在重力铸造过程中，这些高熔点相极易在晶界富集，导致合金内部尺寸较大，由此降低了合金的轧制或挤压加工效果以及后续热处理过程中的沉淀强化效果。

Zn元素主要用来改善镁合金的力学性能，但是过多加入的Zn会降低合金的耐蚀性能。Mn元素的添加可以降低杂质元素Fe的危害作用，改善镁合金的耐蚀性能。

综上，单一添加合金元素到Mg–Sn合金中，很难实现既具有优良力学性能又具有耐热耐蚀性能的变形镁合金。目前研究主要集中在稀土金属RE相的形成和改性，并没有涉及合金元素添加元素方式以及锡与稀土金属形成高熔点第二相，这些高熔点第二相将有助于合金耐热性能的改善。

挤压铸造是近年来发展较快的一种铸造成型方法。相比于重力铸造，在挤压铸造过程中，由于挤压力的作用，合金的晶粒尺寸以及第二相的尺寸得到细化。同时，与常规的压铸成型相比，挤压铸造生产的铸件可以通过热处理以进一步提高其力学性能。

轧制是获得变形镁合金的一种成型工艺。在挤压铸造合金基础上，通过轧制加工进一步细化其组织并通过后续退火处理，是获得多元耐蚀高强变形镁合金的可行途径。

因此，本发明针对上述变形镁合金存在的问题，开发出一种多元高强耐蚀变形镁合金及制备方法，对提高扩大变形镁合金应用具有重要的意义。

发明内容

本发明针对目前工业应用变形镁合金中存在的高温强度低、耐蚀性差和成本高的问题，通过合金成分设计、并结合挤压铸造与轧制工艺优化，开发了一种多元高强耐蚀变形镁合金及制备方法。

通过合金成分设计，进行配料；将称好的合金原料预热、熔化；再挤压铸造成型镁合金板材，然后将板材均质处理；再将均质处理后的板材通过温轧成型，然后对轧制板材退火处理，获得一种多元低成本、高强度的变形镁合金。

本发明目的是提供一种镁合金，在镁基底材料内加入Sn、Zn、RE、Mn和Zr合金化元素，形成高熔点颗粒相Mg₂Sn、Zr₅Sn₃、MgSnRE和Mg-Zn强化相，提高了合金的高温力学性能。添加Mn减小杂质元素Fe的危害，提高合金的耐蚀性，Zn的添加方式以ZK60变形镁合金的形式加入，旨在引入Mg-Zn强化相，提高强度与塑性；同时溶解的Zn又可以细化Mg₂Sn、Zr₅Sn₃等相，有利于提高后期轧制成型性及合金的强塑性和耐蚀性。不足的Zr以Mg-Zr合金加入，通过调整元素间的配比得到一种多元高强耐蚀变形镁合金。

1.为了实现本发明的这些目的，提供了一种多元变形镁合金，合金各组分的质量百分比为：2.8～4.8％锡(Sn)，0.8～2.2％锌(Zn)，0.3～1.0％锆(Zr)，0.2～2.2％稀土金属(RE)，Mn≤0.15％，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

优选地，所述锌的来源为挤压或轧制态的商用ZK60镁合金，所述的ZK60镁合金中锌和锆的质量比为10:1。

优选地，各组分的百分含量为：2.8～3.5％锡，1.5～2.0％锌，0.8～1.6％稀土金属RE，0.5～0.8％锆，0.12％锰，杂质为≤0.2％，余量为镁。

优先地，所述的稀土金属RE为钕和/或铒。

2.本发明还提供了一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，它包括如下步骤：

(1)原料预热：首先将镁锭放入烘箱中，加热到80～110℃保温10～45分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)获得的预热镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在660～690℃加入Mg–Mn中间合金、镁–稀土(Mg-Nd、Mg-Er)中间合金，完全溶解并搅拌后，在660～685℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，完全熔化后再升温至690～715℃使合金熔体成分均匀，再降温至680～700℃并搅拌后向熔体内吹高纯氩气精炼3～8分钟，扒渣后在710～740℃保温静置15～30分钟获得合金熔体；

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为200～300℃的挤压铸造模具中，在射料力为180～260KN、挤压速率为0.2～1.2m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件；

(4)均质处理：将步骤(3)获得的铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至275～320℃，保温2～8小时，然后再以5℃/min的速率升温到420～480℃，保温1～4小时，空冷至室温，获得均质处理的板材；

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为150～350℃的加热装置中、保温5～15分钟，再放入加热的轧辊间，进行7道次轧制，道次间退火处理，获得轧制板材；

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材放入高纯氩气保护的热处理炉中，在175～225℃下保温5～45分钟，空气冷却后，获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

优先地，步骤(1)所述的镁锭纯度为99.99％以上、步骤(2)所述的锡锭的纯度为99.99％以上、氩气的纯度为99.999％以上、镁–稀土中间合金、Mg–Mn中间合金、ZK60镁合金以及Mg-Zr合金的杂质含量均为0.1％以下，且总杂质含量不大于0.2％。

优选地，步骤(5)所述的轧辊的保温温度为150～250℃。

优选地，步骤(5)所述的轧制道次的压下量控制在4～60％。

优选地，步骤(5)所述的道次间退火处理为在150～350℃保温4～30分钟。

优选地，步骤(6)所述的热处理炉温度精度为-0.2～0.2℃。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明的合金成分设计原则是多元合金化，而非单独使用某一合金元素。比如，在Mg–Sn合金中，优先形成的是Mg₂Sn相，但是当稀土金属RE、Zr元素加入后，由于Sn、稀土RE和Zr之间的电负性差值较Sn、Mg之间的大，则优先形成RE₅Sn₃和SnZr₃相而非Mg₂Sn相，剩余的部分Sn与Mg反应生成Mg₂Sn相；由于合金中添加的合金元素Zr和RE的含量较少，生成的第二相尺寸较小；同时，固溶的Zn能有效地细化RE₅Sn₃、SnZr₃相和Mg₂Sn相，使这些相更加弥散的分布在晶界与晶内，为后续的均质处理、轧制加工与退火处理提供了有效的微观组织保障，相应地提高了合金的耐热性能和耐蚀性能。Mn元素的添加进一步改善了合金的耐蚀性能。

2、Zn元素的加入方式是以ZK60挤压板材加入的。在挤压ZK60合金中，存在的细小的第二相MgZn₂相。MgZn₂相在合金熔炼以及挤压铸造过程中遗传下来，提高了合金的强塑性。而如果全部Zn的加入是以单质Zn形式，那么由于Zn在Mg中的固溶度较大，即使合金的加入最大量2％(以质量百分比计)，铸造过程中，仍不会形成MgZn₂强化相。这一点在Mg–Sn–Zn系镁合金、Mg-Al-Zn系镁合金的文献中都已报道。因此，单质Zn的加入将不会产生MgZn₂带来的强化效果。同时，少量固溶的Zn会起到细化合金微观组织的作用。

3、合金制备方法中，尤其是在挤压铸造获得较佳的组织基础上，通过温轧及轧制后退火的步骤，获得了不开裂的板材，实现了组织细化和均匀化，提高了强塑性和耐蚀性。对扩大变形镁合金的应用具有重要意义。

附图说明

图1是实施例1铸件经均质处理后的光学组织图；

图2是实施例3挤压铸造铸件的光学组织图；

图3是实施例3铸件经均质处理后的光学组织图；

图4是实施例3经轧制处理后的板材光学组织图；

图5是实施例3轧制板材经退火处理后的TEM图；

图6是实施例3获得的合金经腐蚀处理后的SEM图；

图7是对比例1经重力铸造成型铸件的光学组织图；

图8是对比例1经均质处理后的光学组织图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

合金各组分的质量百分比为：4.8％锡，0.8％锌，0.3％锆，2.2％钕，0.15％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到80℃保温30分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化；在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金，待合金完全熔化；调整温度至665℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，再升温至690℃完全熔化后，再降温至680～700℃并搅拌使合金熔体成分均匀；然后向熔体内吹高纯氩气精炼5分钟后扒渣；在710℃下，保温静置30分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为300℃的挤压铸造模具中，在射料力为260KN、挤压速率为1.2m/s条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至320℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到480℃，保温1小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为150℃的加热装置中、保温15分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用350℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用150℃，保温6分钟退火处理，获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在175℃下保温45分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例2：

合金各组分的质量百分比为：2.8％锡，2.2％锌，1.0％锆，0.2％稀土钕，0.1％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到80℃保温45分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在680℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至670℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，再升温至700℃，完全熔化后再，再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均后，吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃保温静置15分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为200℃的挤压铸造模具中，在射料力为180KN、挤压速率为1.2m/s条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至275℃，保温8小时，然后再以5℃/分钟的速率升到420℃，保温4小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为350℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为250℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为80％的轧制，获得约为1.08mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用150℃，保温10分钟退火处理，获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在225℃下、保温5分钟，经空气冷却后，获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例3：

合金各组分的质量百分比为：3.0％锡，2.0％锌，0.8％锆，0.8％钕，0.4％铒，0.12％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，再升温至700℃，完全熔化后，再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀，吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃下保温静置15分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为240KN、挤压速率为0.8m/s条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至300℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到460℃，保温1.5小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用200℃，保温4分钟的退火处理，获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例4

合金各组分的质量百分比为：3.0％锡，2.0％锌，0.8％锆，0.8％钕，0.4％铒，0.12％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到110℃保温10分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的纯锌(纯度≥99.99％，质量百分比)，Mg-Zr合金和锡锭，再升温至715℃，完全熔化后；再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀，然后吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃下，保温静置15分钟获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为240KN、挤压速率为0.8m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至300℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到450℃，保温1.5小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用180℃下保温10分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例5

合金各组分的质量百分比为：3.0％锡，2.0％锌，0.8％锆，1.2％钕，0.12％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，再升温至700℃完全熔化后，，再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀；然后吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃下、保温静置15分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为240KN、挤压速率为0.8m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至300℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到460℃，保温1.5小时，空冷至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用200℃，保温4分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例6

合金各组分的质量百分比为：3.0％锡，2.0％锌，0.8％锆，1.2％铒，0.12％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，再升温至700℃完全熔化；再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀；然后吹高纯氩气精炼5分钟后扒渣；在740℃下保温静置15分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为240KN、挤压速率为0.8m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至300℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到460℃，保温1.5小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用200℃，保温4分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例7

合金各组分的质量百分比为：3.0％锡，2.0％锌，0.8％锆，0.8％钕，0.4％铒，0.12％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至680℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，升温至700℃使合金完全熔化后；再降温至680℃并搅拌使熔体成分均匀，吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃下、保温静置15分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为180KN、挤压速率为1m/s条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至310℃，保温3小时，然后再以5℃/分钟的速率升到450℃，保温3小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为75％的轧制，获得约为1.50mm厚的轧制板材；其中，轧制第1—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用180℃，保温8分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在175℃下保温5分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

实施例8

合金各组分的质量百分比为：3.0％锡，2.0％锌，0.8％锆，0.8％钕，0.4％铒，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Nd中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，再升温至700℃待完全熔化后；，再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀；然后吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃保温静置15分钟，获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为240KN、挤压速率为0.8m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至300℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到460℃，保温1.5小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用200℃，保温4分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空气冷却后获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

对比例1

合金各组分的质量百分比为：3.0％Sn，2.0％Zn，0.8％Zr，0.8Nd，0.4Er，0.12％Mn，杂质含量≤0.2％和余量为Mg。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭；再升温至700℃，待完全熔化后；再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀；再吹高纯氩气精炼5分钟后、扒渣；在740℃保温下静置15分钟，获得合金熔体。

(3)重力铸造：采用重力铸造方法，将步骤(2)获得的合金熔体倒入加热温度为200℃金属型模具中，获得铸件。

(4)均质处理：将步骤(3)获得的板材切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，在300℃下、保温2小时，空气冷却至室温获得均质处理的板材；

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，，进行共7道次、总压下量为75％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用200℃，保温4分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空气冷却后；获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

对比例2

合金各组分的质量百分比为：6％锡，2.0％锌，0.8％锆，0.8％钕，0.4％铒，0.12％锰，杂质含量≤0.2％和余量为镁。

(1)原料预热：按上述成分配制合金，首先将镁锭放入烘箱中，加热到105℃保温15分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)预热的镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在690℃加入Mg–Mn中间合金、Mg–Nd中间合金和Mg–Er中间合金，加热待合金完全熔化，调整温度至660℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg–Zr合金和锡锭，再升温至690℃完全熔化后，再降温至680℃并搅拌使合金熔体成分均匀；然后吹高纯氩气精炼5分钟、扒渣；在740℃保温静置15分钟获得合金熔体。

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为240℃的挤压铸造模具中，在射料力为240KN、挤压速率为0.8m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件。

(4)均质处理：首先将步骤(3)获得的板状铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至300℃，保温2小时，然后再以5℃/分钟的速率升到460℃，保温1.5小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材。

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为300℃的加热装置中、保温10分钟，再迅速放入加热温度为150℃的轧辊间，进行共计7道次、总压下量为76％的轧制，获得约为1.44mm厚的轧制板材；其中，轧制第2—5道次过程中，每道次间用275℃保温10分钟；在轧制第6和7道次前，采用200℃，保温4分钟的退火处理；获得轧制板材。具体道次压下量详见表1。

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材，放入高纯氩气保护的热处理炉中，在200℃下保温8分钟，经空冷后，获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

根据国标GB/T 228.1：2010-金属材料室温拉伸试验方法和GB/T 228.2-2015金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法，将本发明实施例与对比例的轧制板材加工成标准拉伸试样，试样的轴线方向与材料的轧制方向相同，得出本发明所述的镁合金的力学性能数据。依据GBT 19291-2003金属和合金的腐蚀腐蚀试验等国家标准，将被测试的试样浸泡在3.5wt.％NaCl溶液中120小时，得出本发明镁合金的耐蚀性能。对本发明的实施例以及对比例进行了上述指标测试，同时与耐热镁合金、商用WE43镁合金和纯镁进行了对比，结果如表2所示。

表1实施例的轧制道次及压下量

表2实施例与对比例相应检测指标的数值

通过上述实施例与对比例，可以看出在室温(25℃)和高温(150℃)下，本发明的镁合金表现出优异的室温力学性能、良好的高温力学性能和较低的腐蚀速率。室温的抗拉强度为322～372MPa，屈服强度为243～318MPa，延伸率为16.82～26.15％；高温(150℃)下抗拉强度为232～289MPa，屈服强度为168～234MPa，延伸率为45.22～63.36％。本发明镁合金的腐蚀速率为0.181～0.332(mg.cm^-2.d^-1)。本发明的多元高强耐蚀变形镁合金，对扩大镁合金的应用具有重要的意义。

Claims (10)

1.一种多元高强耐蚀变形镁合金，其特征在于：各组分的质量百分比为：2.8～4.8％锡，0.8～2.2％锌，0.3～1.0％锆，0.2～2.2％稀土金属RE，0.05～0.15％Mn，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

2.根据权利要求1所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金，其特征在于，所述锌的来源为挤压或轧制态的商用ZK60镁合金，所述的ZK60镁合金中锌和锆的质量比为10:1。

3.根据权利要求1所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金，其特征在于：各组分的质量百分含量为：2.8～3.5％锡，1.5～2.0％锌，0.8～1.6％稀土金属，0.5～0.8％锆，0.12％锰，杂质含量≤0.2％，余量为镁。

4.根据权利要求1所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金，其特征在于，所述的稀土金属RE为钕和/或铒。

5.权利要求1所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，它包括如下步骤：

(1)原料预热：首先将镁锭放入烘箱中，加热到80～110℃保温10～45分钟获得预热镁锭；

(2)合金熔化：将步骤(1)获得的预热镁锭放入通有SF₆和CO₂混合气氛保护的熔炼炉中，并加热至完全熔化，在660～690℃加入Mg–Mn中间合金、镁–稀土中间合金，完全溶解并搅拌后，在660～685℃，加入预热的ZK60镁合金、Mg-Zr合金和锡锭，完全熔化后再升温至690～715℃使合金熔体成分均匀，再降温至680～700℃并搅拌后向熔体内吹高纯氩气精炼3～8分钟，扒渣后在710～740℃保温静置15～30分钟获得合金熔体；

(3)挤压铸造：将步骤(2)获得的合金熔体在氩气保护下浇铸到预热温度为200～300℃的挤压铸造模具中，在射料力为180～260KN、挤压速率为0.2～1.2m/s的条件下，获得挤压铸造成型的铸件；

(4)均质处理：将步骤(3)获得的铸件切割成80mm×40mm×6mm的板材，再将板材放入高纯氩气保护的电炉中，升温至275～320℃，保温2～8小时，然后再以5℃/min的速率升温到420～480℃，保温1～4小时，空气冷却至室温，获得均质处理的板材；

(5)双辊轧制：首先将步骤(4)获得的板材放入温度为150～350℃的加热装置中、保温5～15分钟，再放入加热的轧辊间，进行7道次轧制，道次间退火处理，获得轧制板材；

(6)退火处理：将步骤(5)获得的轧制板材放入高纯氩气保护的热处理炉中，在175～225℃下保温5～45分钟，空气冷却后，获得一种多元高强耐蚀变形镁合金。

6.根据权利要求5所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的镁锭纯度为99.99％以上、步骤(2)所述的锡锭的纯度为99.99％以上、氩气的纯度为99.999％以上、镁–稀土中间合金、Mg–Mn中间合金、ZK60镁合金和Mg-Zr合金的杂质含量均为0.1％以下，且总杂质含量不大于0.2％。

7.根据权利要求5所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述的轧辊的保温温度为150～250℃。

8.根据权利要求5所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述的轧制道次的压下量控制在4～60％。

9.根据权利要求5所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述的道次间退火处理：在第2-5道次轧制前，采用150～350℃保温10～30分钟；第6-7道次前，采用150～200℃保温4～10分钟。

10.根据权利要求5所述的一种多元高强耐蚀变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(6)所述的热处理炉温度精度为-0.2～0.2℃。

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