耐腐蚀、高塑性的镁合金及其制备方法

168 编辑：中冶有色技术网来源：上海交通大学

2025-01-17 15:44:21

权利要求

1.一种耐腐蚀、高塑性的镁合金，其特征在于，所述耐腐蚀、高塑性的镁合金由以下质量百分比的组分组成：

钇2~6wt%;

钕2~5wt%;

余量为镁以及不可避免的杂质;

所述一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据镁合金的元素组成，称取纯镁、Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金，并进行预热处理;

(2)在氮气的保护下，将纯镁加热熔融，升高炉温，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体;

(3)在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热的模具中，冷却得到铸锭;

(4)在氮气的保护下，对铸锭进行第一次热处理;

(5)经第一次热处理后，设定铸锭三个互相垂直的方向为X方向、Y方向和Z方向，将铸锭加热后，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，再将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长;

(6)再次将铸锭加热，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，再将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，得到锻造合金;

(7)将锻造合金放入热处理炉中进行的第二次热处理，得到镁合金。

2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据镁合金的元素组成，称取纯镁、Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金，并进行预热处理;

(2)在氮气的保护下，将纯镁加热熔融，升高炉温，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体;

(3)在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热的模具中，冷却得到铸锭;

(4)在氮气的保护下，对铸锭进行第一次热处理;

(5)经第一次热处理后，设定铸锭三个互相垂直的方向为X方向、Y方向和Z方向，将铸锭加热后，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长;

(6)再次将铸锭加热，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，得到锻造合金;

(7)将锻造合金放入热处理炉中进行的第二次热处理，得到镁合金。

3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预热处理的温度为200~300℃。

4.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，纯镁加热熔融的炉温为650~700℃，熔炼的炉温为680~750℃。

5.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，模具预先加热的温度为200~300℃。

6.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，第一次热处理的温度为520℃，第一次热处理的升温速率为20~50℃/小时，第一次热处理的保温时间为24小时。

7.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)和步骤(6)中，铸锭加热至温度为400℃，铸锭加热的保温时间为24小时，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度。

8.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)和步骤(6)中，镦粗和拔长的单向形变量为50%。

9.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，第二次热处理的温度为220℃，第二次热处理的保温时间为60小时。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀、高塑性的镁合金及其制备方法。

背景技术

[0002]镁合金因其低密度、高比强度和良好的可加工性，被广泛应用于轻量化结构材料。然而，镁合金在成形过程中容易产生强烈的基面织构，这种织构的存在会导致材料的各向异性，进而影响其力学性能，尤其是塑性和耐腐蚀性能。

[0003]现有技术通过调控变形和热处理工艺来调整织构，但仍存在一定的局限性，特别是挤压板材，其织构特别明显，对镁合金的腐蚀性能影响很大，特别是在大规模工业化应用中，无法完全消除织构强度。

[0004]本发明通过添加稀土元素，有效影响了镁合金的动态再结晶行为和织构演变，结合后续的变形和热处理工艺，显著的降低了镁合金的织构强度，提高了镁合金的耐腐蚀性能和力学性能。并且，本发明制备过程简单，适用于大规模生产。

发明内容

[0005]本发明提供一种耐腐蚀、高塑性的镁合金及其制备方法，用以解决现有技术中镁合金耐腐蚀性差、塑性低的技术问题。

[0006]一方面，本发明提供一种耐腐蚀、高塑性的镁合金，由以下质量百分比的组分组成：

钇2~6wt%;

钕2~5wt%;

余量为镁以及不可避免的杂质。

[0007]另一方面，本发明还提供一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据镁合金的元素组成，称取纯镁、Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金，并进行预热处理;

(2)在氮气的保护下，将纯镁加热熔融，升高炉温，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体;

(3)在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热的模具中，冷却得到铸锭;

(4)在氮气的保护下，对铸锭进行第一次热处理;

(6)再次将铸锭加热，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，得到锻造合金;

(7)将锻造合金放入热处理炉中进行的第二次热处理，得到镁合金。

[0008]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(1)中，预热处理的温度为200~300℃。

[0009]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(2)中，纯镁加热熔融的炉温为650~700℃，熔炼的炉温为680~750℃。

[0010]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(3)中，模具预先加热的温度为200~300℃。

[0011]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(4)中，第一次热处理的温度为520℃，第一次热处理的升温速率为20~50℃/小时，第一次热处理的保温时间为24小时。

[0012]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(5)和步骤(6)中，铸锭加热至温度为400℃，铸锭加热的保温时间为24小时，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度。

[0013]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(5)和步骤(6)中，镦粗和拔长的单向形变量为50%。

[0014]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(7)中，第二次热处理的温度为220℃，第二次热处理的保温时间为60小时。

[0015]本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金及其制备方法，通过添加稀土元素以及形变和热处理工艺，解决了现有技术中镁合金塑性低、耐腐蚀性差的技术问题，达到了提高镁合金耐腐蚀性和塑性的有益效果。

附图说明

[0016]为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017]图1是本发明实施例1提供的镁合金的极图和反极图，(a)为实施例1提供的镁合金的极图，(b)实施例1提供的镁合金的反极图;

图2是本发明对比例1提供的镁合金的极图和反极图，(a)为对比例1提供的镁合金的极图，(b)对比例1提供的镁合金的反极图;

图3是本发明实施例1提供的镁合金的扫描电镜图。

具体实施方式

[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019]下面结合图1-图3描述本发明。

[0020]图1是本发明实施例1提供的镁合金的极图和反极图，其中(a)为实施例1提供的镁合金的极图，(b)实施例1提供的镁合金的反极图。图2是本发明对比例1提供的镁合金的极图和反极图，(a)为对比例1提供的镁合金的极图，(b)对比例1提供的镁合金的反极图。

[0021]对比图1和图2可知，相对于本发明对比例1提供的镁合金，本发明实施例1提供的镁合金，晶相分布较广，织构强度明显下降。具体的，对比图1(a)和图2(a)，本发明实施例1的提供的镁合金织构强度为3.51，本发明对比例1提供的镁合金的织构强度为5.31;对比图1(b)和图2(b)，本发明实施例1提供的镁合金的织构强度为1.77，本发明对比例1提供的镁合金的织构强度为5.13。

[0022]图3是本发明实施例1提供的镁合金的扫描电镜图。

[0023]如图3所示，本发明实施例1提供的镁合金的腐蚀膜层，有着较好的致密性。

[0024]一方面，本发明提供一种耐腐蚀、高塑性的镁合金，由以下质量百分比的组分组成：

钇2~6wt%;

钕2~5wt%;

余量为镁以及不可避免的杂质。

[0025]另一方面，本发明还提供一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据镁合金的元素组成，称取纯镁、Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金，并进行预热处理;

(2)在氮气的保护下，将纯镁加热熔融，升高炉温，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体;

(3)在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热的模具中，冷却得到铸锭;

(4)在氮气的保护下，对铸锭进行第一次热处理;

(6)再次将铸锭加热，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，得到锻造合金;

(7)将锻造合金放入热处理炉中进行的第二次热处理，得到镁合金。

[0026]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(1)中，预热处理的温度为200~300℃，优选为220~280℃，进一步优选为240~260℃。

[0027]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(2)中，纯镁加热熔融的炉温为650~700℃，优选为660~690℃，进一步优选为670~680℃;熔炼的炉温为680~750℃，优选为690~730℃，进一步优选为710~720℃。

[0028]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(3)中，模具预先加热的温度为200~300℃，优选为220~280℃，进一步优选为240~260℃。

[0029]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(4)中，第一次热处理的温度为520℃，第一次热处理的升温速率为20~50℃/小时，优选为30~40℃，第一次热处理的保温时间为24小时。

[0030]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(5)和步骤(6)中，铸锭加热至温度为400℃，铸锭加热的保温时间为24小时，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度。

[0031]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(5)和步骤(6)中，镦粗和拔长的单向形变量为50%。

[0032]根据本发明提供的一种耐腐蚀、高塑性的镁合金的制备方法，所述步骤(7)中，第二次热处理的温度为220℃，第二次热处理的保温时间为60小时。

[0033]实施例1

称取3.65 kg 纯镁、1.6 kg Mg-30Y中间合金和0.75 kg Mg-30Nd中间合金，并预热至250℃。在氮气的保护下，升高炉温至680℃，将纯镁加热熔融。再次升高炉温至700℃，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体。在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热到250℃的模具中，冷却得到铸锭;以20℃/小时的升温速度将铸锭加热至520℃，保温24小时后，进行水淬。设定铸锭三个互相垂直的方向为X方向、Y方向和Z方向，将铸锭加热至400℃，保温24小时后，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，再次依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度，每次镦粗和拔长的单向形变量均为50%，得到锻造合金。将锻造合金放入热处理炉中加热至220℃，保温60小时，得到耐腐蚀、高塑性的镁合金。

[0034]经检测，本实施例提供的耐腐蚀、高塑性的镁合金化学成分如下：Y 4wt%，Nd3wt%，余量为镁以及不可避免的杂质。

[0035]经检测，本实施例提供的耐腐蚀、高塑性的镁合金，中性盐雾腐蚀速率为0.005mg/(d·cm2)，屈服强度为300 MPa，抗拉强度为320 MPa，延伸率为15 %。

[0036]实施例2

称取3 kg 纯镁、2 kg Mg-30Y中间合金和1 kg Mg-30Nd中间合金，并预热至250℃。在氮气的保护下，升高炉温至680℃，将纯镁加热熔融。再次升高炉温至700℃，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体。在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热到250℃的模具中，冷却得到铸锭;以35℃/小时的升温速度将铸锭加热至520℃，保温24小时后，进行水淬。设定铸锭三个互相垂直的方向为X方向、Y方向和Z方向，将铸锭加热至400℃，保温24小时后，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，再次依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度，每次镦粗和拔长的单向形变量均为50%，得到锻造合金。将锻造合金放入热处理炉中加热至220℃，保温60小时，得到耐腐蚀、高塑性的镁合金。

[0037]经检测，本实施例提供的耐腐蚀、高塑性的镁合金化学成分如下：Y 5wt%，Nd4wt%，余量为镁以及不可避免的杂质。

[0038]经检测，本实施例提供的耐腐蚀、高塑性的镁合金，中性盐雾腐蚀速率为0.02 mg/(d·cm2)，屈服强度为320 MPa，抗拉强度为380 MPa，延伸率为15 %。

[0039]实施例3

称取4.3 kg 纯镁、1.2 kg Mg-30Y中间合金和0.5 kg Mg-30Nd中间合金，并预热至250℃。在氮气的保护下，升高炉温至680℃，将纯镁加热熔融。再次升高炉温至700℃，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体。在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热到250℃的模具中，冷却得到铸锭;以20℃/小时的升温速度将铸锭加热至520℃，保温24小时后，进行水淬。设定铸锭三个互相垂直的方向为X方向、Y方向和Z方向，将铸锭加热至400℃，保温24小时后，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，再次依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度，每次镦粗和拔长的单向形变量均为50%，得到锻造合金。将锻造合金放入热处理炉中加热至220℃，保温60小时，得到耐腐蚀、高塑性的镁合金。

[0040]经检测，本实施例提供的耐腐蚀、高塑性的镁合金化学成分如下：Y 3wt%，Nd2wt%，余量为镁以及不可避免的杂质。

[0041]经检测，本实施例提供的耐腐蚀、高塑性的镁合金，中性盐雾腐蚀速率为0.01 mg/(d·cm2)，屈服强度为280 MPa，抗拉强度为300 MPa，延伸率为10 %。

[0042]对比例1

称取2.95 kg 纯镁、2.8 kg Mg-30Y中间合金和0.25 kg Mg-30Nd中间合金，并预热至250℃。在氮气的保护下，升高炉温至680℃，将纯镁加热熔融。再次升高炉温至700℃，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体。在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热到250℃的模具中，冷却得到铸锭;以20℃/小时的升温速度将铸锭加热至520℃，保温16小时后，进行水淬。设定铸锭三个互相垂直的方向为X方向、Y方向和Z方向，将铸锭加热至400℃，保温24小时后，依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，再次依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行镦粗，将镦粗后的铸锭依次沿铸锭的X方向、Y方向和Z方向进行拔长，镦粗和拔长过程中可重复加热，保持铸锭温度，每次镦粗和拔长的单向形变量均为50%，得到锻造合金。

[0043]经检测，本对比例提供的镁合金化学成分如下：Y 7wt%，Nd 1wt%，余量为镁以及不可避免的杂质。

[0044]经检测，本对比例提供的镁合金，中性盐雾腐蚀速率为0.03 mg/(d·cm2)，屈服强度为202 MPa，抗拉强度为254 MPa，延伸率为11 %。

[0045]对比例2

称取3.8 kg 纯镁、1.2 kg Mg-30Y中间合金和2 kg Mg-30Nd中间合金，并预热至250℃。在氮气的保护下，升高炉温至680℃，将纯镁加热熔融。再次升高炉温至700℃，依次将Mg-30Y中间合金和Mg-30Nd中间合金投入熔融的镁中进行熔炼，得到冶金熔体。在氮气的保护下，将冶金熔体注入到预先加热到250℃的模具中，冷却得到铸锭;以20℃/小时的升温速度将铸锭加热至520℃，保温16小时后，进行水淬，得到镁合金。

[0046]经检测，本对比例提供的镁合金化学成分如下：Y 3wt%，Nd 8wt%，余量为镁以及不可避免的杂质。

[0047]经检测，本对比例提供的镁合金，中性盐雾腐蚀速率为0.05 mg/(d·cm2)，屈服强度为248 MPa，抗拉强度为281 MPa，延伸率为8 %。

[0048]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

说明书附图(3)