CN1865475A

CN1865475A - 镁铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN1865475A
Application number: CN 200610085353
Authority: CN
Inventors: 陈继忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2006-11-22

Abstract

本发明涉及一种镁铝合金，其特征在于其组成为含有以下质量百分数的元素：Al：10－11.5；Mn：0.1－1.0；La：0.1－0.8；Ce：0.1－0.8；Pr：0.05－0.3；Zn：0.1－0.5；Sr：0.2－1.5；上述镁合金的剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成。其制备方法为：在(CO₂+N₂+SF₆)保护气氛的镁合金熔炼炉中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg－LaPrCe，Mg－Ce，Mg－Pr，Al－Mn中间合金和Zn，最后加入金属Sr，熔炼温度为700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升温至730℃±20℃，静置30分钟±10分钟，控制温度不超过750℃，然后使合金液温度降至700℃±10℃，扒渣，铸锭。

Description

镁铝合金及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种镁铝合金及制备方法，具体涉及一种Al含量在10-11.5％的高Al含量范围内，耐蚀性高的铸造性能极好的建筑用铸造镁铝合金及制备方法，属于合金制备领域。

背景技术：

进入21世纪，资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。随着金属材料消耗量的急剧上升和科学技术的飞速发展，大规模生产工艺的出现和广泛使用，地球表壳的资源日趋贫化。镁作为一种轻质工程材料，其潜力尚未充分挖掘出来，开发利用技术还远不如钢铁、铜、铝等成熟。因此，在许多传统金属矿产资源趋于枯竭的今天，加速开发镁合金的应用，对保持社会可持续发展也就具有着重要的战略意义。镁合金具有密度小、比强度、比刚度高，优良的电磁屏蔽性能和减震性能，良好的铸造与加工性能，在航空航天、汽车和电子信息等3C产品(计算机，通讯产品和消费电子产品)领域获得了越来越广泛的应用，近年来其使用量以每年20％的速度增长。

但是由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温(150～350℃)场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求。

在这一方面，近年来已提出了一些更好耐蚀性能的铸造镁合金方法的专利申请。如CN1401805A(申请号：02130182.4)[JP252764/2001]专利申请提出了一种“具有高耐蚀性的镁合金和镁合金元件”，其镁合金的成分范围是：Al：5-7％；Ca：2-4％；Mn：0.1-0.8％；Sr：0.001-0.05％和稀土元素0.1-0.6％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。

日本专利JP2003166031提出了“高耐蚀性镁合金和它的制造方法”，其镁合金的组成范围是：Al：1-8％；Mn：0.1-1.5％；Ce或La：0.1-0.9％，余量为Mg与不可避免的杂质。

但是由于建筑用镁合金通常采用挤压成形加工，要求合金有较高的流动性和铸造性能，从铸造性能和力学性能考虑，最常用的铸造镁合金是含Al达9％的AZ91型镁合金(其主成分范围是：Al：8.5-9.5％；Mn：0.17-0.4％；Zn：0.45-0.9％；Si：＜0.05％；杂质：＜0.01％)。从压铸成形高成品率所要求的合金高流动性和铸造性能考虑合金的含Al量越高越好，所以镁合金的含Al量要求≥9％。

上述二种专利合金的Al含量均≤8％，从铸造性能和综合性能考虑，这二种合金不能完全取代AZ91合金，但是如为提高铸造性能把含Al量提高到＞8％，则该二种专利合金就不能保持高耐蚀性和实用性。

对于Al含量＞8％的高Al镁合金，其耐蚀性通常都比较差。我们的试验表明：AZ91D合金，其100小时盐雾试验的腐蚀率通常超过10毫克/厘米²·天。

上述二个专利申请中涉及的合金的试验结果也表明：当合金的含Al量达到8％以上时，合金的腐蚀率也比较大。

因此，当镁合金的Al含量达到保持较好铸造性能和力学性能所要求的8-9％时，在建筑用镁铝合金实用性能上仍未得到较好的解决。

发明内容：

本发明的目的在于针对建筑用镁铝合金的需求，提供一种Al含量在10-11.5％的高Al含量范围内，耐蚀性高的铸造性能极好的建筑用铸造镁铝合金及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种镁铝合金，其特征在于其组成为含有以下质量百分数的元素：Al：10-11.5；Mn：0.1-1.0；La：0.1-0.8；Ce：0.1-0.8；Pr：0.05-0.3；Zn：0.1-0.5；Sr：0.2-1.5；上述镁合金的剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成，其中，原料Mg、Al、Zn采用工业纯金属，Mn采用Al-Mn中间合金，La、Pr、Ce采用稀土含量为15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce或Mg-富LaPrCe的中间合金，Sr采用工业纯Sr，且Mg-富LaPrCe中间合金中LaPrCe的总量为占15-25％，其中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。

该镁铝合金的生产工艺过程如下：在(CO₂+N₂+SF₆)保护气氛的镁合金熔炼炉中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中间合金和Zn，最后加入金属Sr，熔炼温度为700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升温至730℃±20℃，静置30分钟±10分钟，控制温度不超过750℃，然后使合金液温度降至700℃±10℃，扒渣，铸锭。

合金可以在铸造温度下浇注成合金锭，也可以将合金液温度控制在680-720℃进行高压铸造成镁合金制品。

本发明提供的合金具有优良的耐蚀性能，其盐雾试验的腐蚀率为0.1毫克/厘米²·天左右(见表1)。

表1.本发明实施例提供的合金与对比合金Mg-9Al和Mg-9Al-1Re(Re为Ce含量约为50％的混合稀土)在5％NaCl 35℃盐雾试验的腐蚀率。

合金	腐蚀率(毫克/厘米²·天)
合金	腐蚀率(毫克/厘米²·天)	对比合金AZ91(Mg-9Al)	＞10
本发明	0.1	对比合金AZ91(Mg-9Al)	＞10

a、盐雾试验的腐蚀率

合金的耐蚀性采用通用的盐雾试验的腐蚀率测定。合金在5％NaCl的盐雾，35℃下腐蚀100小时后，测定腐蚀前后的失重计算腐蚀率。本发明提供的合金与对比合金AZ91(Mg-9Al)和Mg-9Al-1Re合金的腐蚀率如表上所示。

b、电化学交流阻抗测定电化学交流阻抗测定的极化电阻RP值代表腐蚀阻力(其倒数即为腐蚀率)，RP值越大，表示合金越耐腐蚀。电化学交流阻抗测量在PH10.5，25℃，3.5％NaCl溶液中，在浸泡35分钟后用SolartronSI1287电化学介面和1255B频率响应仪测定。本发明实施例与对比合金的Rp值如表2所示。

表2.本发明提供的镁铝合金与对比合金电化学阻抗测定的Rp值

合金	交流阻抗(Rp)值(Ω·cm²)
合金	交流阻抗(Rp)值(Ω·cm²)	对比合金Mg-9Al合金	263
本发明	1200	对比合金Mg-9Al合金	263

从表2可以看出：本发明提供的合金的Rp值明显高于对比的AZ91合金(Mg-9Al)。因此本发明提供的合金具有更强的耐蚀性。

因此，本发明提供的合金的耐蚀性显著超过通用的AZ91合金，它是具有优异耐蚀性的Mg-Al合金。

此外，本发明提供的合金和对比合金(AZ91)的机械性能如表3所示。

表3.本发明提供的合金和对比合金(AZ91)的机械性能

合金	室温抗拉强度σ_b(MPa)	延伸率(δ％)	冲击韧性Ak(J焦耳)
合金	室温抗拉强度σ_b(MPa)	延伸率(δ％)	冲击韧性Ak(J焦耳)	本发明	＞260	＞8	＞4
对比合金AZ91	＞160	＞3	＞4	本发明	＞260	＞8	＞4

本发明通过采用适当的合金成分组成，减少和控制重金属杂质元素的含量和改进热处理工艺，来显著提高合金的耐蚀性能，因此，本发明提供的高铝含量镁铝合金与AZ-91等镁合金对比具有良好的耐蚀性。

具体实施方式：

合金配制成分(质量百分比)为：Al：11％，La：0.8％，Ce：0.8％，Pr：0.30％，Mn：0.5％，Zn：0.4％，Sr：1.5％，不可避免的杂质元素限制为：Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％，其余为Mg。

采用工业纯镁，工业纯铝，Mg-LaPrCe中间合金(LaPrCe的总量为占20％，其中La∶Ce∶Pr＝6∶3∶1)，Mg-Ce中间合金(Ce：20％)，Mg-Pr中间合金(Pr：10％)，Al-Mn中间合金，工业纯锌，金属Sr，按上述成分配制合金。

在保护气氛(CO₂∶N₂∶SF₆＝150∶100∶1)的镁合金熔炼炉中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中间合金和Zn，最后加入金属Sr，待合金元素全部熔化后(约为710℃)，升温至730℃，静置30分钟，控制温度不超过750℃，然后使合金液温度降至710℃左右，扒渣，铸锭。进行压铸时，将合金液温度控制在690～710℃进行高压铸造成镁合金制品。本实施例合金在5％NaCl盐雾试验的腐蚀率为0.1毫克/厘米²·天，其室温抗拉强度为265MPa，延伸率为8％，冲击韧性为5J。

本发明决非仅局限于实施例。

Claims

1、一种镁铝合金，其特征在于其组成为含有以下质量百分数的元素：Al：10-11.5；Mn：0.1-1.0；La：0.1-0.8；Ce：0.1-0.8；Pr：0.05-0.3；Zn：0.1-0.5；Sr：0.2-1.5；上述镁合金的剩余部分由Mg和不可避免的杂质组成，其中，原料Mg、Al、Zn采用工业纯金属，Mn采用Al-Mn中间合金，La、Pr、Ce采用稀土含量为15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce或Mg-富LaPrCe的中间合金，Sr采用工业纯Sr，且Mg-富LaPrCe中间合金中LaPrCe的总量为占15-25％，其中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。

2、根据权利要求1所述的一种镁铝合金，其特征在于：镁铝合金中不可避免的杂质元素有：Si、Cu、Fe、Ni，其含量为：Si≤0.05％；Cu≤0.004％；Ni≤0.002％；Fe≤0.004％。

3、一种如权利要求1所述镁铝合金的制备方法，其特征在于该方法的生产工艺过程如下：在(CO₂+N₂+SF₆)保护气氛的镁合金熔炼炉中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中间合金和Zn，最后加入金属Sr，熔炼温度为700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升温至730℃±20℃，静置30分钟±10分钟，控制温度不超过750℃，然后使合金液温度降至700℃±10℃，扒渣，铸锭。

4、根据权利要求3所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于合金在铸造温度下浇注成合金锭。

5、根据权利要求3所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于将合金液温度控制在680-720℃进行高压铸造成镁铝合金制品。