專(zhuān)利名稱(chēng)：耐蝕鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐蝕鎂合金，屬于金屬材料類(lèi)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是實(shí)用金屬中最輕的金屬材料，開(kāi)發(fā)利用鎂合金產(chǎn)品是當(dāng)今世界發(fā)展的潮 流，已從航空航天業(yè)轉(zhuǎn)向汽車(chē)、電子信息、民用家電等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)潛 力。鎂合金具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如具有高的比強(qiáng)度和比剛度，強(qiáng)度接近鋁合金，但密度僅為 鋁合金的2/3，鋼的1/4 ；其彈性模量遠(yuǎn)大于比強(qiáng)度極高的纖維增強(qiáng)塑料，與高強(qiáng)度鋁合金 和合金鋼大致相同，而且可100%回收，符合環(huán)保法；具有很好的阻尼性能和優(yōu)良的切削加 工性能，其熱導(dǎo)率僅次于鋁合金且無(wú)磁性；尺寸穩(wěn)定性高，收縮率小，不易因環(huán)境溫度變化 而改變。但鎂合金也存在許多缺點(diǎn)，如在熔煉時(shí)容易燃燒，室溫塑性差，力學(xué)性能較低，不耐 腐蝕等，這些在很大程度上限制了鎂合金的推廣應(yīng)用。通過(guò)添加合金元素來(lái)改變鎂合金中的相結(jié)構(gòu)及各相自腐蝕電位，從而提高鎂合金 的耐蝕性，是解決鎂合金耐蝕性差的重要途徑，也是最本質(zhì)的方法。通過(guò)合金化來(lái)開(kāi)發(fā)耐蝕 鎂合金，使其能廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子等民用工業(yè)，對(duì)我國(guó)的鎂合金產(chǎn)業(yè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意 義。

發(fā)明內(nèi)容
為改進(jìn)AZ31合金的性能缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種含鎘的耐蝕鎂合金，解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的熔煉時(shí)容易燃燒、室溫塑性差、力學(xué)性能較低、不耐腐蝕等問(wèn)題。在A(yíng)Z31的基礎(chǔ) 上，通過(guò)加入一定量鎘進(jìn)行合金化、改性化處理，使鎂合金的耐蝕性能得到明顯提高，符合 輕合金材料的發(fā)展方向，滿(mǎn)足對(duì)未來(lái)工業(yè)對(duì)鎂合金的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種耐蝕鎂合金，其組成成分和質(zhì)量百分比為鎘鎂合金(Al 2. 7 3. 2%， Zn 0. 5 0. 9%，Mn 0.2 0.4%，Cd 0. 3 3. 0%，雜質(zhì)元素 Fe 彡 0. 02%，Cu 彡 0. 002%， Si ^ 0. 01%, Ni ^ 0. 002%，余量為鎂)。所述Cd含量可以為1.0 2. ；所述Cd含量可以為0.7 1.6% ；所述Cd含量可以為1.4 3.0%。本發(fā)明提供的含鎘的耐蝕鎂合金的制備方法，選用AZ31基合金及純鎘錠作為原 材料，步驟和條件如下按配比稱(chēng)量材料，將基合金預(yù)熱到200°C后，放入到預(yù)熱溫度為300°C的低碳鋼坩 鍋中熔化，并通入SF6-CO2保護(hù)氣體(SF6 CO2體積比為1 100)，待鎂合金完全熔化、熔 體溫度達(dá)到730 740V時(shí)加入鎘錠，鎘錠預(yù)先加熱到200°C，然后連續(xù)攪拌，并通入SF6-CO2 保護(hù)氣體，直至合金完全熔化，當(dāng)溫度達(dá)到710°C靜置20分鐘，并在700°C時(shí)進(jìn)行澆注，最終 得到含鎘的耐蝕鎂合金。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想如下由于鎘析氫交換電流密度較低，且能與鎂形成完全固溶體，加入鎂合金中可以起 到降低陰極析氫電流密度、氫化物形成和合金化/微合金化的作用。在與鎂形成二元相圖 的合金元素中，Cd是唯一能與鎂形成連續(xù)固溶體的元素，Mg-Cd二元系的凝固范圍很小(最 大區(qū)間亦不足30°C )，在Cd含量小于10%時(shí)，凝固溫度范圍只有幾度，這樣便有利于新型合 金凝固范圍的縮小，提高鑄造性能。綜合以上考慮，Cd成為滿(mǎn)足改善合金的鑄造工藝性能 的主要添加元素。相對(duì)稀土元素，鎘在鎂合金中的固溶度最大，且在冶煉過(guò)程中容易添加，價(jià)格相對(duì) 低廉，在A(yíng)Z31基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)新型耐蝕鎂合金，既提高鎂合金的耐蝕性，又利于降低鎂合金成 本。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下1、在本發(fā)明的鎂合金中，在提高合金純度的同時(shí)，加入鎘元素進(jìn)一步降低負(fù)差數(shù) 效應(yīng)、陰極析氫及氫化物生成，提高了合金的耐蝕性能。2、本發(fā)明中，鎘在鎂合金中的固溶度大，可起到固溶強(qiáng)化的作用，提高合金的強(qiáng)度。3、本發(fā)明中，鎘的加入能降低金屬材料中的有害微量金屬如Fe、Cu、Ni含量，生成 熔點(diǎn)較高的二元或多元化合物，這些化合物可成渣析出，降低金屬夾雜物在固態(tài)金屬中的 危害性。


圖1為恒電位下電流密度隨電位變化曲線(xiàn)；其中，(a)圖為穩(wěn)態(tài)極化曲線(xiàn)；(b)圖 為計(jì)算與實(shí)測(cè)電流密度差值。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :AZ31+Cd(Cd = 0. 9% )合金本實(shí)施例中，含鎘的耐蝕鎂合金的組成成分和質(zhì)量百分比為A12. 7%, ZnO. 9%, Mn 0. 3%,Cd 0.9%，雜質(zhì)元素 Fe 0. 018%,Cu 0. 0013%,Si 0. 01%,Ni 0.0014%，余量為 Mg;選用AZ31基合金及鎘錠(純度99.995wt%)；合金腐蝕性能見(jiàn)表1，力學(xué)性能見(jiàn)表2，抑 制氫化物及負(fù)差數(shù)效應(yīng)見(jiàn)圖1。按配比稱(chēng)量材料，將基合金預(yù)熱到200°C后，放入到預(yù)熱溫度為300°C的低碳鋼坩 鍋中熔化，并通入SF6-CO2保護(hù)氣體(SF6 CO2體積比為1 100)，待鎂合金完全熔化、熔 體溫度達(dá)到730 740V時(shí)加入鎘錠，鎘錠預(yù)先加熱到200°C，然后連續(xù)攪拌，并通入SF6-CO2 保護(hù)氣體，直至合金完全熔化，當(dāng)溫度達(dá)到710°C靜置20分鐘，并在700°C時(shí)進(jìn)行澆注，最終 得到含鎘的耐蝕鎂合金。實(shí)施例2 :AZ31+Cd(Cd =1.7%)合金本實(shí)施例中，含鎘的耐蝕鎂合金的組成成分和質(zhì)量百分比為A13. 2%, ZnO. 5%, Mn 0. 2%,Cd 1.7%，雜質(zhì)元素 Fe 0. 009%,Cu 0. 001%,Si 0. 005%,Ni 0.0016%，余量為 Mg;選用AZ31基合金及鎘錠(純度99.995wt%)；合金腐蝕性能見(jiàn)表1，力學(xué)性能見(jiàn)表2，抑 制氫化物及負(fù)差數(shù)效應(yīng)見(jiàn)圖1。
按配比稱(chēng)量材料，將基合金預(yù)熱到200°C后，放入到預(yù)熱溫度為300°C的低碳鋼坩 鍋中熔化，并通入SF6-CO2保護(hù)氣體(SF6 CO2體積比為1 100)，待鎂合金完全熔化、熔 體溫度達(dá)到730 740V時(shí)加入鎘錠，鎘錠預(yù)先加熱到200°C，然后連續(xù)攪拌，并通入SF6-CO2 保護(hù)氣體，直至合金完全熔化，當(dāng)溫度達(dá)到710°C靜置20分鐘，并在700°C時(shí)進(jìn)行澆注，最終 得到含鎘的耐蝕鎂合金。實(shí)施例3 :AZ31+Cd(Cd = 2.4%)合金本實(shí)施例中，含鎘的耐蝕鎂合金的組成成分和質(zhì)量百分比為A1 3. 0%,Zn0. 8%, Mn 0. 4%,Cd 2.4%，雜質(zhì)元素 Fe 0. 019%,Cu 0. 011%,Si 0. 006%,Ni 0.0012%，余量為 Mg;選用AZ31基合金及鎘錠(純度99.995wt%)；合金腐蝕性能見(jiàn)表1，力學(xué)性能見(jiàn)表2，抑 制氫化物及負(fù)差數(shù)效應(yīng)見(jiàn)圖1。按配比稱(chēng)量材料，將基合金預(yù)熱到200°C后，放入到預(yù)熱溫度為300°C的低碳鋼坩 鍋中熔化，并通入SF6-CO2保護(hù)氣體(SF6 CO2體積比為1 100)，待鎂合金完全熔化、熔 體溫度達(dá)到730 740V時(shí)加入鎘錠，鎘錠預(yù)先加熱到200°C，然后連續(xù)攪拌，并通入SF6-CO2 保護(hù)氣體，直至合金完全熔化，當(dāng)溫度達(dá)到710°C靜置20分鐘，并在700°C時(shí)進(jìn)行澆注，最終 得到含鎘的耐蝕鎂合金。腐蝕試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)腐蝕介質(zhì)為3. 5wt% NaCl溶液，pH = 7，采用分析純與蒸餾水配制。試驗(yàn)中， 將15X10X3mm的片狀鎂合金用金相砂紙打磨到3000#，拋光至0. 5mm。將試樣浸入丙酮 溶液中，超聲清洗5分鐘后，用冷風(fēng)吹干。隨后用精度為萬(wàn)分之一克的電子天平進(jìn)行稱(chēng)量， 記試樣原始質(zhì)量為Wc^每種合金取三個(gè)平行試樣，分別浸泡在盛有溶液的燒杯中，一個(gè)燒 杯放一個(gè)試樣。燒杯中溶液溫度采用水浴加熱控制在25士 1°C試樣表面積與溶液體積比為 1 100cm7ml，浸泡3天后取出。試樣表面的腐蝕產(chǎn)物參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16M5-1996《金 屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》，在沸騰的20wt%鉻酸硝酸銀的混合 溶液中清除腐蝕產(chǎn)物，然后用酒精清洗，冷風(fēng)吹干，再用電子天平進(jìn)行稱(chēng)量，記為浸泡后質(zhì) 量W115用以下公式計(jì)算腐蝕速度(mg · cm-2 · cT1)腐蝕速度=(W0-W1) / (A*t)式中，W0和W1分別是浸泡前的原始質(zhì)量和經(jīng)過(guò)三天浸泡后的質(zhì)量(mg) ；A為試樣 浸泡前的原始面積(cm2) ；t為浸泡時(shí)間(天)。每種合金的腐蝕速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為三個(gè)試樣 的平均值。表1為本發(fā)明實(shí)施例1、2和3合金與AZ31浸泡實(shí)驗(yàn)測(cè)定的腐蝕速度。表 權(quán)利要求
1.一種耐蝕鎂合金，其特征在于按質(zhì)量百分比，主要含有Cd 0.3 3%^1為2.7 3. 2 %，Zn 為 0. 5 0. 9 %，Mn 為 0. 2 0. 4 %，雜質(zhì)元素 Fe ≤ 0. 02%，Cu ≤ 0. 002%, Si ^ 0. 01%, Ni ^ 0. 002%，余量為鎂。
2.按照權(quán)利要求1所述的耐蝕鎂合金，其特征在于按質(zhì)量百分比，Cd含量為1.0 2· 1 % ο
3.按照權(quán)利要求1所述的耐蝕鎂合金，其特征在于按質(zhì)量百分比，Cd含量為0.7 1. 6%。
4.按照權(quán)利要求1所述的耐蝕鎂合金，其特征在于按質(zhì)量百分比，Cd含量為1.4 3. 0%。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐蝕鎂合金，屬于金屬材料類(lèi)領(lǐng)域。按質(zhì)量百分比，其組成成分為Al 2.7～3.2％，Zn 0.5～0.9％，Mn 0.2～0.4％，Cd 0.3～3.0％，雜質(zhì)元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.002％，余量為鎂。本發(fā)明的合金加入元素鎘，能明顯降低合金成本，避免稀土資源浪費(fèi)，而該合金的力學(xué)性能及耐蝕性能優(yōu)于A(yíng)Z31，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的熔煉時(shí)容易燃燒、室溫塑性差、力學(xué)性能較低、不耐腐蝕等問(wèn)題。
文檔編號(hào)C22C23/02GK102108465SQ20091024868
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者柯偉, 胥珊娜, 董俊華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所