專利名稱：：一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種鎂合金，更具體地說，是涉及一種耐腐蝕高強度Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，還涉及該種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金的制備方法。
背景技術(shù)：
：鎂合金具有比強度、比剛度高，減振性、電磁屏蔽和抗輻射能力強，易切削加工，易回收等一系列優(yōu)點，在汽車、電子、電器、交通、航天、航空和國防軍事工業(yè)領(lǐng)域具有及其重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。鎂合金一般具有較好的鑄造性能，目前的鎂合金產(chǎn)品以鑄件，特別是壓鑄件居多。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的強度、更好的塑性和更多樣化的規(guī)格。因此，未來鎂合金的主要發(fā)展之一，就是致力于開發(fā)應(yīng)用于高強、高韌、耐腐蝕并具有優(yōu)良成型性能的變形鎂合金。Mg-Zn-Zr系合金是目前應(yīng)用最多的變形鎂合金之一，ZK60合金是Mg-Zn-Zr系合金的典型代表。鎂的標準電極電位很低，在常用介質(zhì)中的電位也都很低，是常用金屬中活潑性最高者，在空氣中容易氧化，表面氧化膜一般疏松多孔，耐蝕能力低，長期以來阻礙了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，使鎂合金的優(yōu)良性能得不到充分發(fā)揮。ZK60合金具有相當高的強度，良好的塑性，但耐蝕性還不夠高，制約了其在腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用。由于鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，與氧有非常大的化學(xué)親和力，可直接生成穩(wěn)定的氧化物MgO。一般金屬熔化時的氧化行為受氧化膜的性質(zhì)支配，按PillingBedworth提出的氧化膜致密度a-Mg=0.81〈l，因此Mg-Zn二元合金表面形成的氧化物膜一般都稀疏多孔，無保護作用。而稀土元素的a值稍大于l，且能形成較致密的氧化膜，具有較強的保護作用。有研究表明，在Mg-Zn系合金中加入稀土?xí)a(chǎn)生高稀土含量的Mg-Zn-RE三元相。稀土相可以顯著改善合金的熱裂、顯微疏松傾向，并細化晶粒改善合金力學(xué)和耐蝕性能。目前，尚無關(guān)于稀土Nd對Mg-Zn-Zr系鎂合金腐蝕性能的研究和應(yīng)用報道。因此，若能通過添加微量稀土元素Nd，并調(diào)整Zn、Zr元素含量，獲得具有優(yōu)良耐腐蝕性能的高強度Mg-Zn-Zr合金，對推進Mg-Zn-Zr合金的生產(chǎn)、擴大合金的應(yīng)用范圍具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題世界各國對Mg-Zn-Zr系及ZK60鎂合金的研究主要集中在塑性、超塑性和復(fù)合材料等方面，對其腐蝕性能差的問題尚無有效解決方案。鎂是所有工業(yè)合金中化學(xué)活潑性最高的金屬，標準電極電位低；同時由于鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，與氧有非常大的化學(xué)親和力，可直接生成穩(wěn)定的氧化物MgO，Mg0膜疏松多孔，其PBR值為0.81(〈1)。同樣，Mg-Zn二元合金表面形成的氧化物膜稀疏多孔，無保護作用。鑄態(tài)ZK60合金由a-Mg固溶體和晶界的MgZn相和MgZri2相組成，第二相偏析嚴重且在晶界不連續(xù)分布，所以耐蝕性較差。本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和問題，解決Mg-Zn-Zr系鎂合金耐腐蝕性差的問題，提供一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題的一個技術(shù)方案是通過調(diào)整原Mg-Zn-Zr系鎂合金ZK60的成分并添加微量稀土元素Nd，Zn和Zr含量，以改善合金的耐腐蝕性能，并保持較高的力學(xué)性能。一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，按質(zhì)量百分比由如下組分組成，Zn為4.0%6.0%，Zr為0.2%0.8%，Nd為0.3-1.5wt%，余量為Mg，總質(zhì)量100%。上述的Zn純度為99.95%;上述的Zr純度為99.9%;上述的Nd純度為99.5%;上述的Mg純度為99.95°/0。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的另一個技術(shù)方案是一種Mg-Zn-Zr-Nd耐腐蝕高強度鎂合金的制備方法，按照以下步驟進行(1)按質(zhì)量百分比分別稱取組分Zn4.0%6.0%，Zr0.2%0.8%，NdO.3-1.5wt%，余量為Mg，總質(zhì)量100%;(2)配制保護熔劑將55%KC1、15%BaCl2、28%CaCl2、2%CaF2進行混合配制成保護熔劑；(3)在熔煉爐里熔煉合金先把不銹鋼坩堝預(yù)熱，將步驟(2)配制并預(yù)熱過的保護熔劑撒入坩堝底部，再加入己預(yù)熱充分脫水的Mg，并用保護熔劑進行覆蓋，將電阻爐溫升至750760'C時加入預(yù)熱到200300'C的Zn和Nd，壓入金屬溶液中并攪拌，撇渣并撒上保護熔劑進行覆蓋；精煉后，在爐溫升至78080(TC時加入預(yù)熱到30040(TC的Zr并充分攪拌，熔化后撒上保護熔劑覆蓋，在保護為760'C左右時精煉處理。在爐溫升至780820'C時保溫靜置15分鐘，然后冷卻至700730°C時澆鑄成錠，從而得到本發(fā)明耐腐蝕高強度Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金。上述步驟(2)所述的KC1為氯化鉀；上述步驟(2)所述的BaCl2為氯化鋇；上述步驟(2)所述的CaCl2為氯化鈣；上述步驟(2)所述的CaF2為氟化鈣；上述步驟(3)所述的熔煉爐為電阻爐或反射爐；所述的坩堝為不銹鋼坩堝。有益效果本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點是，通過調(diào)整原Mg-Zn-Zr系鎂合金ZK60的成分并添加微量稀土元素Nd，Zn和Zr含量，改善了Mg-Zn-Zr系鎂合金的耐腐蝕性能，并保持了高強度和良好的塑性，可進行壓力加工。因此，本發(fā)明的Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金具有較高的綜合力學(xué)性能、優(yōu)異的耐腐蝕性能，并具有良好的成型性，可作為高強耐腐蝕鎂合金使用。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但是本發(fā)明的內(nèi)容不局限于實施例。實施例1:步驟(1)按質(zhì)量百分比分別稱取組分Zn為6.0^;Zr為0.296;Nd為1.5%;余量為Mg，總質(zhì)量100%;步驟(2)配制保護熔劑將55。/。KCl、15%BaCl2、28%CaCl2、2。/。CaF2進行混合配制成保護熔劑；步驟(3)在電阻爐里熔煉合金先把不銹鋼坩堝預(yù)熱，將步驟(2)配制并預(yù)熱過的保護熔劑撒入坩堝底部，加入己預(yù)熱充分脫水的Mg，并用保護熔劑進行覆蓋，將爐溫升至75076(TC時加入預(yù)熱到20030(TC的Zn和Nd，壓入金屬溶液中并攪拌，撇渣并撒上保護熔劑進行覆蓋；精煉后，在爐溫升至78080(TC時加入預(yù)熱到30040(TC的Zr并充分攪拌，熔化后撒上保護熔劑覆蓋，在爐溫為760'C左右精煉處理。將爐溫升至78082(TC時保溫靜置15分鐘，之后冷卻至70073(TC時澆鑄成錠，從而得到本發(fā)明耐腐蝕高強度Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金。將澆鑄好的錠進行試樣制備，對其各方面性能進行檢測，并與采用相同電阻爐熔煉工藝制備的ZK60鎂合金進行比較，比較內(nèi)容包括室溫抗拉強度、延伸率、硬度，以及在室溫條件下浸泡于3.5%NaCl溶液中的腐蝕失重速率和電化學(xué)腐蝕電位與腐蝕電流，結(jié)果如表l所示。表1.本發(fā)明實施例1合金與ZK60合金的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可見，本發(fā)明合金保持了ZK60合金較高的強度和良好的塑性，而其腐蝕速率比ZK60小，腐蝕電位高于ZK60，腐蝕電流遠低于ZK60，因此其耐腐蝕性能優(yōu)于ZK60。實施例2:(1)按質(zhì)量百分比分別稱取組分Zn為4.0%;Zr為0.8%，Nd為0.3%，余量為Mg，總質(zhì)量100%;(2)步驟(2)和步驟(3)與實施例1制備方法相同。將澆鑄好的錠進行試樣制備，對其各方面性能進行檢測，并與采用相同電阻爐熔煉工藝制備的ZK60鎂合金進行比較，比較內(nèi)容包括室溫抗拉強度、延伸率、硬度，以及在室溫條件下浸泡于3.5%NaCl溶液中的腐蝕失重速率和電化學(xué)腐蝕電位與腐蝕電流，結(jié)果如表2所示。表2.本發(fā)明實施例2合金與ZK60合金的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可見，本發(fā)明合金保持了ZK60合金的較高的強度，并呈現(xiàn)較高的塑性，其腐蝕速率低于ZK60，腐蝕電位略低于ZK60，但腐蝕電流低于ZK60，耐腐蝕性能比ZK60有所提高。實施例3:(1)按質(zhì)量百分比分別稱取組分Zn為5.2%;Zr為0.47%，Nd為1.0%，余量為Mg,總質(zhì)量100%;(2)步驟(2)和步驟(3)與實施例l制備方法相同。將澆鑄好的錠進行試樣制備，對其各方面性能進行檢測，并與采用相同電阻爐熔煉工藝制備的ZK60鎂合金進行比較，比較內(nèi)容包括室溫抗拉強度、延伸率、硬度，以及在室溫條件下浸泡于3.5%NaCl溶液中的腐蝕失重速率和電化學(xué)腐蝕電位與腐蝕電流，結(jié)果如表3所示。表3.本發(fā)明實施例3合金與ZK60合金的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>可見，本發(fā)明合金保持了ZK60合金的高強度和良好塑性，而其腐蝕速率僅為ZK60的三分之一，腐蝕電位高于ZK60，腐蝕電流則遠低于ZK60,因此其耐腐蝕性能優(yōu)于ZK60。實施例4:(1)按質(zhì)量百分比分別稱取組分Zn4.8%，ZrO.58°/。，Nd0.62%，余量為Mg，總質(zhì)量100%;(2)步驟(2)和步驟(3)與實施例l制備方法相同。將澆鑄好的錠進行試樣制備，對其各方面性能進行檢測，并與采用相同電阻爐熔煉工藝制備的ZK60鎂合金進行比較，比較內(nèi)容包括室溫抗拉強度、延伸率、硬度，以及在室溫條件下浸泡于3.5%NaCl溶液中的腐蝕失重速率和電化學(xué)腐蝕電位與腐蝕電流，結(jié)果如表4所示。表4.本發(fā)明實施例4合金與ZK60合金的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>可見，本發(fā)明合金保持了ZK60合金的高強度和良好塑性，其耐腐蝕性能優(yōu)于ZK60。權(quán)利要求1、一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，其特征在于按質(zhì)量百分比由如下組分組成，Zn為4.0％～6.0％，Zr為0.2％～0.8％，Nd為0.3-1.5wt％，余量為Mg，總質(zhì)量100％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，其特征在于所述的Zn純度為99.95%。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，其特征在于所述的Zr純度為99.9%。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，其特征在于所述的Nd純度為99.5%。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，其特征在于所述的Mg純度為99.95%。6、制備權(quán)利要求1所述的一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金的方法，其特征在于按照以下步驟進行步驟(1)按質(zhì)量百分比分別稱取組分Zn4.0%6.0%，Zr0.2%0.8%，NdO.3-1.5wt%，余量為Mg，總質(zhì)量100%;步驟(2)配制保護熔劑將55%KC1、15%BaCl2、28%CaCl2、2。/。CaF2進行混合配制成保護熔劑；步驟(3)在熔爐里熔煉合金先把坩堝預(yù)熱，將步驟(2)配制并預(yù)熱過的保護熔劑撒入坩堝底部，再加入已預(yù)熱充分脫水的Mg，并用保護熔劑進行覆蓋，將電阻爐溫升至75076(TC時加入預(yù)熱到20030(TC的Zn和Nd，壓入金屬溶液中并攪拌，撇渣并撒上保護熔劑進行覆蓋；精煉后，在爐溫升至78080(TC時加入預(yù)熱到30040(TC的Zr并充分攪拌，熔化后撒上保護熔劑覆蓋，在保護為760。C左右時精煉處理；在爐溫升至780820。C時保溫靜置15分鐘，然后冷卻至700730。C時澆鑄成錠，從而得到本發(fā)明耐腐蝕高強度Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備權(quán)利要求1所述的一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金的方法，其特征在于步驟(3)所述的熔煉爐為電阻爐或反射爐；所述的坩堝為不銹鋼坩堝。全文摘要本發(fā)明公開了一種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，屬合金材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。該種Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金，按質(zhì)量百分比由Zn為4.0％～6.0％，Zr為0.2％～0.8％，Nd為0.3-1.5wt％，余量為Mg的組分組成。該鎂合金通過調(diào)整Zn、Zr含量和加入微量稀土元素Nd，采用電阻爐或反射爐進行熔煉，直接制備出具有高強度和耐腐蝕能力的鑄錠。本發(fā)明的Mg-Zn-Zr-Nd鎂合金具有較高的綜合力學(xué)性能、優(yōu)異的耐腐蝕性能，并具有良好的成型性，可進行壓力加工，可作為高強耐腐蝕鎂合金使用。文檔編號C22C1/02GK101407880SQ20081023614公開日2009年4月15日申請日期2008年11月17日優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日發(fā)明者笙蘆,靜陳,陳留橋申請人:江蘇科技大學(xué)