CN114855007B - 一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于金属材料腐蚀技术领域的一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法。所述镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 0.5wt％‑8wt％，Cu 1wt％‑3wt％，Fe 0.5wt％‑4wt％，Si 0.5wt％‑2wt％，Al 0.1wt％‑1wt％，第I定量镁锭7.5wt％‑15wt％，第II定量镁锭10wt％‑20wt％，余量为第III定量镁锭。在制备过程中，利用粉末状和块体原料的配合，通过调节个元素的加入顺序以及加入比例，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的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料腐蚀技术领域，尤其涉及一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法。
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，且快速溶解镁合金的强度较低。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。同时，快速溶解镁合金的抗拉强度与抗压强度的提升为其带来更加广泛的应用场景，特别是在石油开采中的应用。本发明能够满足市场对于不同溶解速度及强度的镁合金的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将第I定量镁锭熔融后加入铁粉搅拌均匀后再加入硅粉搅拌均匀，熔炼浇铸，得到第I镁合金中间材料；
2)将第II定量镁锭熔融后加入镍锭搅拌均匀后再加入铜锭搅拌均匀，熔炼浇铸，得到第II镁合金中间材料；
3)将第III定量镁锭熔融后加入铝锭及第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料，制备得到镁合金材料；
在一些方案中，所述镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 0.5wt％-8wt％，Cu1wt％-3wt％，Fe 0.5wt％-4wt％，Si 0.5wt％-2wt％，Al 0.1wt％-1wt％，第I定量镁锭7.5wt％-15wt％，第II定量镁锭10wt％-20wt％，余量为第III定量镁锭。
优选的，在所述镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 6wt％-8wt％，Cu 2wt％-3wt％，Fe 2wt％-4wt％，Si 1wt％-2wt％，Al 0.1wt％-1wt％，第I定量镁锭7.5wt％-15wt％，第II定量镁锭10wt％-20wt％，余量为第III定量镁锭。
更优选的，所述镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 8wt％，Cu 3wt％，Fe 4wt％，Si 2wt％，Al 0.1wt％，第I定量镁锭15wt％，第II定量镁锭20wt％，余量为第III定量镁锭。
所述步骤1)具体过程为：
1-1)将第I定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第I定量镁液；
1-2)将铁粉及硅粉加入到第I定量镁液中，800-830℃熔炼并保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣，得到第I熔融合金；
1-3)将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料；
铁及硅采用粉末原料，使用粉材能加速合金元素溶解，使第I镁合金中间材料成分更加均匀。在最终熔炼中细化晶粒，从而提高其抗拉及抗压强度；
所述步骤2)具体过程为：
2-1)将第II定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第II定量镁液；
2-2)将处理后的镍锭及铜锭加入到第II定量镁液中，800-830℃熔炼并保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣，得到第II熔融合金；
2-3)将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料；
第II镁合金中间材料使用的为块状合金原料，与步骤1)中的粉状合金原料区分熔炼成中间材料，好处在于能有效控制中间材料的成分，避免由于熔炼时间及熔炼温度的差异导致中间材料的成分难以控制，产生中间材料成分不均匀等问题，导致最终产品性能无法达到预期。
所述步骤3)过程为：
3-1)将第III定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2)将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，750-820℃熔炼并保温40-50min，得到第Ⅲ熔融合金；
3-3)将第Ⅲ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。
铝相对其它合金元素更易于熔在镁液中，单独添加更利于控制最终成品的腐蚀性能及物理性能。
制备方法中所用的Fe和Si采用粉末原料；Mg、Ni、Cu、Si使用块体原料。镁锭、镍锭、铜锭、铝锭、铁粉、硅粉的纯度均≥99.9wt％；所述镁锭、镍锭、铜锭和铝锭使用前进行表面处理，去除表面氧化物及油污。
在25℃，5％NaCl溶液条件下，所述镁合金的腐蚀速率为2261-3014mm/a；抗拉强度为295-396Mpa；抗压强度为475-562Mpa。
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高强度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.本发明提高了快速腐蚀镁合金的强度，为快速腐蚀镁合金的应用提供更广阔的范围与要求。
3.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更容易提升镁合金的腐蚀速率。
4.本发明通过添加Ni、Cu、Al、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能控制范围为2261-3014mm/a；抗拉强度达295-396Mpa；抗压强度达到475-562Mpa，腐蚀速率、抗拉及抗压强度较现有技术有大幅增强，实现了在强度要求大的环境中的应用，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：如无特殊说明，以下百分含量均为质量百分含量。
一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，准备纯度均≥99.9％的镁锭、镍锭、铜锭、铝锭、铁粉、硅粉；镁锭、镍锭、铜锭和铝锭使用前进行表面处理，去除表面氧化物及油污。
在一些方案中，镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 0.5wt％-8wt％，Cu 1wt％-3wt％，Fe 0.5wt％-4wt％，Si 0.5wt％-2wt％，Al 0.1wt％-1wt％，第I定量镁锭7.5wt％-15wt％，第II定量镁锭10wt％-20wt％，余量为第III定量镁锭。
优选的，镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 6wt％-8wt％，Cu 2wt％-3wt％，Fe2wt％-4wt％，Si 1wt％-2wt％，Al 0.1wt％-1wt％，第I定量镁锭7.5wt％-15wt％，第II定量镁锭10wt％-20wt％，余量为第III定量镁锭。
更优选的，镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 8wt％，Cu 3wt％，Fe 4wt％，Si2wt％，Al 0.1wt％，第I定量镁锭15wt％，第II定量镁锭20wt％，余量为第III定量镁锭。
步骤包括：
1)将第I定量镁锭熔融后加入铁粉搅拌均匀后再加入硅粉搅拌均匀，熔炼浇铸，得到第I镁合金中间材料；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。
具体操作步骤为：
1-1)将第I定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第I定量镁液；
1-2)将铁粉加入第I定量镁液中搅拌均匀后，将硅粉加入并搅拌均匀，800-830℃熔炼并保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣，得到第I熔融合金；
1-3)将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料；
2)将第II定量镁锭熔融后加入镍锭搅拌均匀后再加入铜锭搅拌均匀，熔炼浇铸，得到第II镁合金中间材料；
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；
添加合金元素Cu，也能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，满足机械加工与零件制造的强度要求。
具体操作步骤为：
2-1)将第II定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第II定量镁液；
2-2)将处理后的镍锭加入到第II定量镁液中搅拌均匀后加入处理后的铜锭并搅拌均匀，进行熔炼并保温，800-830℃熔炼并保温20-30min，得到第II熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
2-3)将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料；
3)将第III定量镁锭熔融后加入铝锭及第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料，制备得到镁合金材料；添加合金元素Al，能提高镁合金的强度，同时对镁合金的腐蚀速率有进一步的调整空间。
具体操作步骤为：
3-1)将第III定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2)将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，750-820℃熔炼并保温40-50min，得到第Ⅲ熔融合金；
3-3)将第Ⅲ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。
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，能实现工业生产用快速溶解镁合金的需求，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。
实施例1：
一种高强度快速溶解镁合金材料，其化学组成成分为(质量分数)：Ni 6wt％，Cu2wt％，Fe 2wt％，Si 1wt％，Al 1wt％，第I定量镁锭15wt％，第II定量镁锭20wt％，余量为第III定量镁锭。
镁合金材料制备方法为：
1、选择纯度均为99.9wt％的对镁锭、镍锭、铜锭、铝锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污，制备第I镁合金中间材料；
1-1)将15wt％第I定量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，得到第I定量镁液；
1-2)将铁粉加入第I定量镁液中搅拌均匀后，将硅粉加入并搅拌均匀，进行熔炼并保温，熔炼温度为800℃，保温30min，得到第I熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
1-3)保温过程结束后将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料；
2、制备第II镁合金中间材料
2-1)将20wt％第II定量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，得到第II定量镁液；
2-2)将处理后的镍锭加入到第II定量镁液中搅拌均匀后加入处理后的铜锭并搅拌均匀，进行熔炼并保温，温度为800℃，保温30min，得到第II熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
2-3)保温过程结束后将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料；
3、快速溶解镁合金材料制备
3-1)将第III定量镁锭置于熔炉中，设置温度为750℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2)将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，800℃熔炼并保温40min，得到第Ⅲ熔融合金；通过合金元素的多次熔炼，大大增强镁合金的腐蚀速率；
3-3)将第Ⅲ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2261mm/a，抗拉强度295Mpa，抗压强度475Mpa。
实施例2：
一种高强度快速溶解镁合金材料，其化学组成成分为(质量分数)：Ni 6wt％，Cu3wt％，Fe 3wt％，Si 2wt％，Al 0.3wt％，第I定量镁锭15wt％，第II定量镁锭20wt％，余量为第III定量镁锭。
镁合金材料制备方法为：
1、选择纯度均为99.9wt％的对镁锭、镍锭、铜锭、铝锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；制备第I镁合金中间材料
1-1)将15wt％第I定量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，得到第I定量镁液；
1-2)将铁粉加入第I定量镁液中搅拌均匀后，将硅粉加入并搅拌均匀，进行熔炼并保温，熔炼温度为800℃，保温30min，得到第I熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
1-3)保温过程结束后将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料；
2、制备第II镁合金中间材料
2-1)将20wt％第II定量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，得到第II定量镁液；
2-2)将处理后的镍锭加入到第II定量镁液中搅拌均匀后加入处理后的铜锭并搅拌均匀，进行熔炼并保温，温度为800℃，保温30min，得到第II熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
2-3)保温过程结束后将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料；
3、快速溶解镁合金材料制备
3-1)将第III定量镁锭置于熔炉中，设置温度为750℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2)将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，800℃熔炼并保温40min，得到第Ⅲ熔融合金；通过合金元素的多次熔炼，大大增强镁合金的腐蚀速率。
3-3)将第III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2345mm/a，抗拉强度365Mpa，抗压强度513Mpa。
实施例3：
一种高强度快速溶解镁合金材料，其化学组成成分为(质量分数)：Ni 7wt％，Cu3wt％，Fe 3wt％，Si 2wt％，Al 0.5wt％，第I定量镁锭15wt％，第II定量镁锭20wt％，余量为第III定量镁锭。
镁合金材料制备方法为：
1、选择纯度均为99.9wt％的对镁锭、镍锭、铜锭、铝锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；制备第I镁合金中间材料
1-1)将15wt％第I定量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，得到第I定量镁液；
1-2)将铁粉加入第I定量镁液中搅拌均匀后，将硅粉加入并搅拌均匀，进行熔炼并保温，熔炼温度为800℃，保温30min，得到第I熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
1-3)保温过程结束后将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料；
2、制备第II镁合金中间材料
2-1)将20wt％第II定量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，得到第II定量镁液；
2-2)将处理后的镍锭加入到第II定量镁液中搅拌均匀后加入处理后的铜锭并搅拌均匀，进行熔炼并保温，温度为800℃，保温30min，得到第II熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
2-3)保温过程结束后将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料；
3、快速溶解镁合金材料制备
3-1)将第III定量镁锭置于熔炉中，设置温度为750℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2)将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，800℃熔炼并保温40min，得到第Ⅲ熔融合金；通过合金元素的多次熔炼，大大增强镁合金的腐蚀速率。
3-3)将第Ⅲ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2736mm/a，抗拉强度387Mpa，抗压强度541Mpa。
实施例4：
一种高强度快速溶解镁合金材料，其化学组成成分为(质量分数)：Ni 8wt％，Cu3wt％，Fe 4wt％，Si 2wt％，Al 0.1wt％，第I定量镁锭15wt％，第II定量镁锭20wt％，余量为第III定量镁锭。
镁合金材料制备方法为：
1、选择纯度均为99.9wt％的对镁锭、镍锭、铜锭、铝锭进行表面处理，去除表面氧化物及油污；制备第I镁合金中间材料
1-1)将15wt％第I定量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，得到第I定量镁液；
1-2)将铁粉加入第I定量镁液中搅拌均匀后，将硅粉加入并搅拌均匀，进行熔炼并保温，熔炼温度为800℃，保温30min，得到第I熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
1-3)保温过程结束后将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料；
2、制备第II镁合金中间材料
2-1)将20wt％第II定量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，得到第II定量镁液；
2-2)将处理后的镍锭加入到第II定量镁液中搅拌均匀后加入处理后的铜锭并搅拌均匀，进行熔炼并保温，温度为800℃，保温30min，得到第II熔融合金，保温过程中进行搅拌及除渣；
2-3)保温过程结束后将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料；
3、快速溶解镁合金材料制备
3-1)将第III定量镁锭置于熔炉中，设置温度为750℃，保温20min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2)将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，800℃熔炼并保温40min，得到第Ⅲ熔融合金；通过合金元素的多次熔炼，大大增强镁合金的腐蚀速率。
3-3)将第Ⅲ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3014mm/a，抗拉强度396Mpa，抗压强度562Mpa。
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)：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：
1)选择纯度均为99.9wt％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一次熔融镁量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；
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)将剩余处理过的二次熔融镁锭置于熔炉中，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；
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2：
一种快速溶解镁合金，其化学组成成分为(质量分数)：8％Ni，3％Cu，4％Fe，2％Si，0.1％Al一次熔融镁36％，二次熔融镁46.9％；
该合金制备方法为：
1)选择纯度均为99.9wt％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)将一次熔融镁量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；
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)将剩余处理过的二次熔融镁量的镁锭置于熔炉中，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；
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；
所制备的镁合金在常温，5％NaCl溶液条件下自溶解，腐蚀速率为2791mm/a，抗拉强度372Mpa，抗压强度538Mpa。
表1镁合金材料的成分含量和性质
通过上述实施例1-4的实验结果对比分析可知，通过调节元素比例和添加量，能实现对镁合金成品的腐蚀速率的调控，并且提高成品镁合金的抗拉强度以及抗压强度等力学性能。
结合相同或相近元素成分下的镁合金成品，例如对比例1和实施例1以及对比例2和实施4的两组数据对比，能发现：当镁合金成分相同或相似时，本申请通过采用，采用粉末原料的铁及硅，能实现加速合金元素溶解，使第I镁合金中间材料成分更加均匀。在最终熔炼中细化晶粒，从而提高其抗拉及抗压强度。第II镁合金中间材料使用的为块状合金原料，与步骤1)中的粉状合金原料区分熔炼成中间材料，好处在于能有效控制中间材料的成分，避免由于熔炼时间及熔炼温度的差异导致中间材料的成分难以控制，产生中间材料成分不均匀等问题，导致最终产品性能无法达到预期。与此同时，本申请通过将镁元素的分为三步骤制备镁合金成品中，并且调节各元素的加入顺序，进一步提高了镁合金的腐蚀性能以及力学强度，实现了在强度要求大的环境中的应用，极大地提高了材料的应用范围。
综上，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，能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 (8)
1.一种高强度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：
1）将第I定量镁锭熔融后加入铁粉搅拌均匀后再加入硅粉搅拌均匀，熔炼浇铸，得到第I镁合金中间材料；
2）将第II定量镁锭熔融后加入镍锭搅拌均匀后再加入铜锭搅拌均匀，熔炼浇铸，得到第II镁合金中间材料；
3）将第III定量镁锭熔融后加入铝锭及第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料，制备得到镁合金材料；
所述镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 6 wt%-8 wt %，Cu 2 wt %-3 wt %，Fe 2 wt%-4 wt %，Si 1 wt %-2 wt %，Al 0.1 wt %-1 wt %，第I定量镁锭7.5 wt %-15 wt %，第II定量镁锭10 wt %-20 wt %，余量为第III定量镁锭。
2. 根据权利要求1所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述镁合金材料中成分及含量分别为：Ni 8 wt %，Cu 3 wt %，Fe 4 wt %，Si 2 wt %，Al 0.1wt %，第I定量镁锭15 wt %，第II定量镁锭20 wt %，余量为第III定量镁锭。
3.根据权利要求1所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）具体过程为：
1-1）将第I定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第I定量镁液；
1-2）将铁粉及硅粉加入到第I定量镁液中，800-830℃熔炼并保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣，得到第I熔融合金；
1-3）将第I熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第I镁合金中间材料。
4.根据权利要求1所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）具体过程为：
2-1）将第II定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第II定量镁液；
2-2）将处理后的镍锭及铜锭加入到第II定量镁液中，800-830℃熔炼并保温20-30min，保温过程中进行搅拌及除渣，得到第II熔融合金；
2-3）将第II熔融合金浇铸在钢制模具中，快速冷却至室温，得到第II镁合金中间材料。
5.根据权利要求1所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）过程为：
3-1）将第III定量镁锭置于熔炉中720-780℃熔融并保温20-30min，保温过程中进行搅拌并除渣，得到第III定量镁液；
3-2）将铝锭、第I镁合金中间材料和第II镁合金中间材料加入到第III定量镁液中，750-820℃熔炼并保温40-50min，得到第Ⅲ熔融合金；
3-3）将第Ⅲ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。
6.根据权利要求1所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法中所用的Fe和Si采用粉末原料；Mg、Ni、Cu、Si使用块体原料。
7. 根据权利要求1或6所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，其特征在于，所述镁锭、镍锭、铜锭、铝锭、铁粉、硅粉的纯度均≥99.9wt %；所述镁锭、镍锭、铜锭和铝锭使用前进行表面处理，去除表面氧化物及油污。
8.根据权利要求1所述一种高强度快速溶解镁合金材料的制备方法，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2261-3014mm/a；抗拉强度为295-396MPa；抗压强度为475-562MPa。
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