CN114934220A

CN114934220A - 一种耐海水腐蚀的稀土镁合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN114934220A
Application number: CN202210501906.6A
Authority: CN
Inventors: 李佳润; 曹长高; 王成
Original assignee: Anhui Yiyue Material Technology Co ltd; Qingdao University of Science and Technology
Current assignee: Anhui Yiyue Material Technology Co ltd; Qingdao University of Science and Technology
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2022-08-23

Abstract

本发明公开了一种耐海水腐蚀的稀土镁合金及其制备方法，其成分质量百分比如下：Al：5~8%，Zn：2~5%，Nd：≤0.75%，Mn：0.1~0.4%，余量Mg，同时，本发明公开了上述材料的制备方法，使用电阻炉按比例将纯Mg，Al，Zn，Mg‑30%Nd，Mg‑30%Mn加热到740˚C，搅拌、静置后浇注于碳钢模具中，空冷至室温后，置于220~280˚C电阻炉中保温4~6小时后随炉冷却。该材料具有耐蚀性强，腐蚀产物保护性强，不易脱附的特点，制备方法简单易行，加工成本低廉。

Description

一种耐海水腐蚀的稀土镁合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及有色金属材料及金属材料热处理领域，尤其是一种耐海水腐蚀的稀土镁合金材料及其制备方法。

背景技术

金属镁在自然界储量丰富，其密度小、比强度高、铸造性好，目前已经广泛应用于航空航天和汽车工业。为了获得理想的力学性能，金属镁通常以镁合金的形式作为结构材料来使用，其中Mg-Al-Zn（AZ系列）合金是应用最广泛的镁合金结构材料之一。然而，镁合金化学性质较铝、钛等活泼，在自然环境中服役时，常常面临腐蚀问题，严重影响了镁合金构件的安全性和耐久性。

合金化是目前采用最广泛、最经济的提高镁耐蚀性的方法。向镁中添加铝元素既可以降低镁的阳极溶解速率，又能够抑制镁的阴极析氢过程；单纯添加锌元素会由于促进了镁合金的微电偶腐蚀而恶化镁的耐蚀性，但向镁铝合金中添加锌元素，可以通过细化晶粒和促进均匀溶解的作用来提高镁合金的耐蚀性；向镁合金中添加锰元素主要目的是祛除镁中的杂质元素铁，达到抑制镁自腐蚀的目的。

我国稀土储量世界第一，稀土镁合金的开发是近年来镁合金领域关注的热点。稀土元素的添加往往可以通过改变镁合金的晶格结构来实现对镁合金改性的作用。然而目前大部分稀土镁合金的开发仅关注对于镁合金力学性能的提高方面，常常忽视了稀土元素对镁合金腐蚀行为的影响。稀土金属钕是镧系元素之一，单质为银白色金属，是最活泼的稀土金属之一，目前已有大量文献表明：钕的合金化可以提高AZ91镁合金的临界剪切应力并降低孪晶倾向，在提高镁合金强度的同时，也提高了韧性。但关于稀土金属钕对AZ系镁合金耐蚀性影响的研究工作却相对较少。

发明内容

本发明针对目前AZ系镁合金材料存在的耐蚀性差的问题，公开了一种新型稀土镁合金材料及制备方法。该材料具有耐蚀性强，腐蚀产物保护性强，不易脱附的特点，制备方法简单易行，加工成本低廉。

为实现提高耐腐蚀性能的目标，开发的新型稀土镁合金材料合金元素质量百分比为Al：5~8%，Zn：2~5%，Nd：≤0.75%，Mn：0.1~0.4%，余量Mg。

为进一步提高耐腐蚀性能，简化生产工艺，降低加工成本，本发明的稀土镁合金制备方法为：将纯镁锭加入碳钢坩埚，使用电阻炉加热至740˚C熔化，按质量分数比例加入Al、Zn，Mn以Mg-30%Mn中间合金形式加入，Nd以Mg-30%Nd中间合金形式加入；待合金组分完全熔化后，搅拌10~20min后静置30~40min；取上层熔体浇注于预热至200˚C的碳钢模具中，在空气中自然冷却至室温；将冷却的镁合金锭置于220~280˚C电阻炉中保温4~6小时，然后关闭电阻炉电源，随炉冷却至室温，使金属间相从镁合金晶粒内充分析出。

本发明制备的稀土镁合金材料，第二相以颗粒形式离散分布在晶界和晶粒内部，第二相主要为Al2Nd；含钕稀土镁合金腐蚀形貌均匀，腐蚀产物黏附于基体表面，起到防护作用；含钕镁合金电化学阻抗谱较AZ63镁合金在低频区出现第二个容抗弧，表明耐蚀性大幅提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明提出的一种耐海水腐蚀的稀土镁合金材料的含钕稀土镁合金微观组织（a）；对应的Mg元素分布（b）；Al元素分布（c）；Zn元素分布（d）和Nd元素分布（e）；

图2为AZ63(a)及本发明提出的一种耐海水腐蚀的稀土镁合金材料的含钕镁合金腐蚀形貌：(b)为含钕0.25%（实例1）；(c)为含钕0.50%（实例2）；(d)为含钕0.75%（实例3）；

图3为AZ63(a)及本发明提出的一种耐海水腐蚀的稀土镁合金材料的含钕镁合金(b)电化学阻抗谱；(c)为用于拟合(a)的等效电路；(d)为用于拟合(b)的等效电路。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步的说明，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据此附图和实施例获得其他的实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明具体是将纯镁锭加入碳钢坩埚，使用电阻炉加热至740˚C熔化；按质量分数（Al：5~8%，Zn：2~5%）比例加入合金组分，Mn（0.1~0.4%）以Mg-30%Mn中间合金形式加入，Nd（≤0.75%）以Mg-30%Nd中间合金形式加入。待合金组分完全熔化后，搅拌10~20 min后静置30~40 min。取上层熔体浇注于预热至200˚C的碳钢模具中，在空气中自然冷却至室温。将冷却的稀土镁合金锭置于220~280˚C电阻炉中保温4~6小时，然后关闭电阻炉电源，随炉冷却至室温，使金属间相从镁合金晶粒内充分析出。

实例1

将纯镁锭加入碳钢坩埚，使用电阻炉加热至740˚C熔化；按质量分数（Al：5%，Zn：2%）比例加入合金组分，Mn（0.1%）以Mg-30%Mn中间合金形式加入，Nd（0.25%）以Mg-30%Nd中间合金形式加入。待合金组分完全熔化后，搅拌10min后静置30min。取上层熔体浇注于预热至200˚C的碳钢模具中，在空气中自然冷却至室温。将冷却的稀土镁合金锭置于220˚C电阻炉中保温4小时，然后关闭电阻炉电源，随炉冷却至室温。随后将铸锭加工成电极，进行析氢、失重及电化学性能测试。其结果见表1、2。

实例2

将纯镁锭加入碳钢坩埚，使用电阻炉加热至740˚C熔化；按质量分数（Al：6%，Zn:：3%）比例加入合金组分，Mn（0.2%）以Mg-30%Mn中间合金形式加入，Nd（0.50%）以Mg-30%Nd中间合金形式加入。待合金组分完全熔化后，搅拌15min后静置35min。取上层熔体浇注于预热至200˚C的碳钢模具中，在空气中自然冷却至室温。将冷却的稀土镁合金锭置于260˚C电阻炉中保温5小时，然后关闭电阻炉电源，随炉冷却至室温。随后将铸锭加工成电极，进行析氢、失重及电化学性能测试。其结果见表1、2。

实例3

将纯镁锭加入碳钢坩埚，使用电阻炉加热至740˚C熔化；按质量分数（Al：8%，Zn：5%）比例加入合金组分，Mn（0.4%）以Mg-30%Mn中间合金形式加入，Nd（0.75%）以Mg-30%Nd中间合金形式加入。待合金组分完全熔化后，搅拌20min后静置40min。取上层熔体浇注于预热至200˚C的碳钢模具中，在空气中自然冷却至室温。将冷却的稀土镁合金锭置于280˚C电阻炉中保温6小时，然后关闭电阻炉电源，随炉冷却至室温。随后将铸锭加工成电极，进行析氢、失重及电化学性能测试。其结果见表1、2。

其中：表中R_t为电荷转移电阻，表征阳极溶解反应

的难易；R_p为极化电阻，表征镁合金腐蚀发生的难易程度。

表1 实例稀土镁合金腐蚀速率

表2 实例稀土镁合金电化学测试结果

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种耐海水腐蚀的稀土镁合金及其制备方法，其特征在于，该镁合金各合金元素质量百分比为Al：5~8%，Zn：2~5%，Nd：≤0.75%，Mn：0.1~0.4%，余量Mg，其制备方法包括如下步骤：

将纯镁锭加入碳钢坩埚，使用电阻炉加热至740˚C熔化，按质量分数比例加入Al、Zn，Mn以Mg-30%Mn中间合金形式加入，Nd以Mg-30%Nd中间合金形式加入；

待合金组分完全熔化后，搅拌10~20min后静置30~40min；

取上层熔体浇注于预热至200˚C的碳钢模具中，在空气中自然冷却至室温；

将冷却的镁合金锭置于220~280˚C电阻炉中保温4~6小时，然后关闭电阻炉电源，随炉冷却至室温，使金属间相从镁合金晶粒内充分析出。