本發(fā)明涉及管材加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎂合金管材靜液擠壓成形工藝。
背景技術(shù)：
鎂合金具有散熱性好、比剛度高、密度小、生物相容性出色、阻尼減震性優(yōu)良、電磁屏蔽效果佳、機(jī)械加工性能優(yōu)秀、再生性好和回收容易等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防事業(yè)、機(jī)械汽車制造、航空航天、電子通訊、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)以及醫(yī)療儀器等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。
但由于鎂合金是密排六方晶體(HCP)結(jié)構(gòu)，塑性差，傳統(tǒng)擠壓變形方式效率低，并且較高的擠壓溫度使得變形鎂合金的實(shí)用性能低。對(duì)于脆性材料，靜液擠壓適合中低溫條件下大塑性變形，不但能明顯提高擠壓產(chǎn)品的成品率和生產(chǎn)率，還能提高其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及沖擊韌性。但是鎂合金的耐腐蝕性能很差，在潮濕大氣或酸性、中性、弱堿性溶液中都容易發(fā)生腐蝕，因此，鎂合金的腐蝕性能差已經(jīng)成為制約其進(jìn)一步應(yīng)用的瓶頸。
國(guó)內(nèi)外鎂合金表面防腐主要集中在如下幾種方法，如化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽(yáng)極氧化、金屬鍍層處理和微弧陽(yáng)極氧化等。關(guān)于鎂合金電化學(xué)腐蝕機(jī)理方面研究較多的是鑄造鎂合金，電解液也是以3.5％NaCl(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為主，而在無(wú)活性陰離子的溶液中以及大氣腐蝕條件下，熱處理工藝對(duì)變形鎂合金電化學(xué)性能影響的報(bào)道較少。在Mg-Al系合金中主要有兩種相：基體α相和晶界處的β相，研究表明，鎂合金的耐蝕性一方面與α固溶體的顯微組織及其鋁含量有關(guān)；另一方面合金中形成的β相可作為耐蝕相阻礙鎂合金腐蝕，也可作為陰極與α相構(gòu)成腐蝕電池加速鎂合金腐蝕。造成其腐蝕性下降的因素如下：1)大角度晶界、高密度位錯(cuò)等高能晶體缺陷使得α固溶體化學(xué)活性變高以及額外β相的析出導(dǎo)致α相中Al含量降低；2)細(xì)化的β相喪失了阻滯腐蝕介質(zhì)向α固溶體擴(kuò)散的屏障作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種鎂合金管材靜液擠壓成形工藝，能夠使得通過(guò)熱處理工藝對(duì)鎂合金的耐腐蝕性能提高。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種鎂合金管材靜液擠壓成形工藝，包括：
(1)均勻化熱處理；鎂合金連鑄錠加熱到410℃-420℃，保溫10-24h，然后空冷；
(2)靜液擠壓成型：坯料、外模和模芯的預(yù)熱溫度為190℃-210℃，擠壓筒的預(yù)熱溫度為145℃-155℃，擠壓變形比為2.50-2.90，得到鎂合金管材；
(3)熱處理：在345℃-355℃溫度下保持1-4h，然后水冷。
金相試樣從鎂合金管材上切取后，經(jīng)機(jī)械打磨拋光，用腐蝕劑(4.2g苦味酸、10mL醋酸、20mL蒸餾水和70mL乙醇)侵蝕后在蔡司Axiovert200型金相顯微鏡對(duì)腐蝕后的試樣進(jìn)行金相組織觀察。
浸泡腐蝕試樣從鎂合金管材切取后，經(jīng)機(jī)械打磨拋光，用丙酮超聲清洗及干燥后分別浸入pH 6.1的0.1mol/L Na2SO4溶液中腐蝕48h，試驗(yàn)溫度為(20±1)℃。樣品腐蝕后取出放入干燥箱內(nèi)干燥，采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行宏觀腐蝕形貌觀察，并在FEI Quanta250 F場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電鏡下進(jìn)行微觀腐蝕形貌觀察。腐蝕產(chǎn)物成分用Bruker D8 X射線衍射儀對(duì)腐蝕表面進(jìn)行掃描，掃描角度2θ，掃描范圍30.0°～90.0°，掃描速度為4(°)/min。
失重腐蝕實(shí)驗(yàn)參照J(rèn)B/T 7901—1999[17]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試驗(yàn)溫度為(20±1)℃；腐蝕介質(zhì)為pH 6.1的0.1mol/LNa2SO4溶液；失重腐蝕的時(shí)間分別為6、12、24、48和144h。腐蝕后的試樣在鉻酸中清洗10min以去除表面的腐蝕產(chǎn)物，蒸餾水清洗、丙酮擦拭及吹風(fēng)機(jī)吹干后用分析天平稱量。
電化學(xué)腐蝕試樣用銅導(dǎo)線捆綁，銅線及試樣非工作面用亞克力樹(shù)脂封裝，試樣的工作面積為1cm2。陽(yáng)極極化曲線及電化學(xué)阻抗譜(EIS)均在CHI604E電化學(xué)工作站，采用三電極體系進(jìn)行測(cè)量，工作電極為不同狀態(tài)的AZ80鎂合金試樣，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑電極，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，腐蝕介質(zhì)為pH 6.1的0.1mol/L Na2SO4溶液。陽(yáng)極極化曲線測(cè)量時(shí)，試樣為獲得穩(wěn)定的開(kāi)路電位(φOPC)先在Na2SO4溶液中浸泡25min，再?gòu)钠鹗茧妷簽?2.5V以10mV/s的速度進(jìn)行正向動(dòng)態(tài)陽(yáng)極極化掃描。電化學(xué)阻抗譜測(cè)量時(shí)，試樣為獲得穩(wěn)定的開(kāi)路電位在Na2SO4溶液中浸泡30min，測(cè)試的頻率范圍為10mHz～100kHz，初始電壓定為1.5V，正弦波交流激勵(lì)信號(hào)幅值為±5mV，應(yīng)用ZsimpWin軟件進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜分析。實(shí)驗(yàn)所用藥品均為分析純，溶液采用去離子水配制。
經(jīng)熱處理后，AZ80鎂合金的晶粒細(xì)小均勻，晶粒內(nèi)大部分βMg17Al12相已經(jīng)溶于αMg基體中，改善了其耐腐蝕性能。但隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，使得晶粒出現(xiàn)長(zhǎng)大且分布極不均勻現(xiàn)象，粗大的晶粒使得析出的βMg17Al12相和非平衡相的電位差變大，基體與第二相間的電位差增大導(dǎo)致電偶腐蝕的驅(qū)動(dòng)力增大，腐蝕抗力減小，從而構(gòu)成電偶使得局部腐蝕速率過(guò)快，晶粒大小的不均勻也導(dǎo)致腐蝕不均勻。
合金中的主要組成相成分中，αMg為基體，βMg17Al12相以連續(xù)或半連續(xù)的形態(tài)分布于晶界和基體中，靜液擠壓后的AZ80鎂合金經(jīng)過(guò)退火熱處理，晶粒發(fā)生再結(jié)晶，第二相從半連續(xù)析出轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)析出，晶粒的細(xì)化及成分的均勻降低了鎂合金的腐蝕速率。但是隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒的長(zhǎng)大和不均勻分布使得析出的βMg17Al12相和非平衡相的電位差變大，基體與第二相間的電位差增大導(dǎo)致電偶腐蝕的驅(qū)動(dòng)力增大，導(dǎo)致合金的腐蝕速率增加。
退火熱處理使得靜液擠壓鎂合金晶粒發(fā)生再結(jié)晶，晶粒細(xì)化提高了鎂合金的腐蝕性能，但是隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，使得晶粒長(zhǎng)大且分布不均勻，導(dǎo)致電偶腐蝕的驅(qū)動(dòng)力增大，降低了鎂合金的耐腐蝕性能。
本發(fā)明通過(guò)特定的熱處理工藝，對(duì)鎂合金管材進(jìn)行處理，使其耐腐蝕性能得到了極大的提高。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種鎂合金管材靜液擠壓成形工藝，包括：
(1)均勻化熱處理；鎂合金連鑄錠加熱到415℃，保溫15h，然后空冷；
(2)靜液擠壓成型：坯料、外模和模芯的預(yù)熱溫度為210℃，擠壓筒的預(yù)熱溫度為145℃，擠壓變形比為2.50，得到鎂合金管材；
(3)熱處理：在345℃溫度下保持4h，然后水冷。
實(shí)施例2
一種鎂合金管材靜液擠壓成形工藝，包括：
(1)均勻化熱處理；鎂合金連鑄錠加熱到420℃，保溫24h，然后空冷；
(2)靜液擠壓成型：坯料、外模和模芯的預(yù)熱溫度為200℃，擠壓筒的預(yù)熱溫度為150℃，擠壓變形比為2.70，得到鎂合金管材；
(3)熱處理：在350℃溫度下保持1h，然后水冷。
實(shí)施例1和2的試驗(yàn)驗(yàn)證表明，通過(guò)特定的熱處理工藝，對(duì)鎂合金管材進(jìn)行處理，使其耐腐蝕性能得到了極大的提高。