專利名稱：鎂鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂鋁合金及制備方法，具體涉及一種Al含量在10-11.5％的高Al含量范圍內(nèi)，耐蝕性高的鑄造性能極好的建筑用鑄造鎂鋁合金及制備方法，屬于合金制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，資源和環(huán)境已成為人類可持續(xù)發(fā)展的首要問題。隨著金屬材料消耗量的急劇上升和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)和廣泛使用，地球表殼的資源日趨貧化。鎂作為一種輕質(zhì)工程材料，其潛力尚未充分挖掘出來，開發(fā)利用技術(shù)還遠(yuǎn)不如鋼鐵、銅、鋁等成熟。因此，在許多傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)資源趨于枯竭的今天，加速開發(fā)鎂合金的應(yīng)用，對保持社會可持續(xù)發(fā)展也就具有著重要的戰(zhàn)略意義。鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度、比剛度高，優(yōu)良的電磁屏蔽性能和減震性能，良好的鑄造與加工性能，在航空航天、汽車和電子信息等3C產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)，通訊產(chǎn)品和消費(fèi)電子產(chǎn)品)領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，近年來其使用量以每年20％的速度增長。
但是由于鎂元素極為活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，因此，鎂合金的生產(chǎn)難度很大；鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善，特別是鎂合金成形技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展；鎂合金的耐蝕性較差；現(xiàn)有工業(yè)鎂合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低，限制了鎂合金在高溫(150～350℃)場合的應(yīng)用；鎂合金的常溫力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高；鎂合金的合金系列相對很少，變形鎂合金的研究開發(fā)嚴(yán)重滯后，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求。
在這一方面，近年來已提出了一些更好耐蝕性能的鑄造鎂合金方法的專利申請。如CN1401805A(申請?zhí)?2130182.4)[JP252764/2001]專利申請?zhí)岢隽艘环N“具有高耐蝕性的鎂合金和鎂合金元件”，其鎂合金的成分范圍是Al5-7％；Ca2-4％；Mn0.1-0.8％；Sr0.001-0.05％和稀土元素0.1-0.6％，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
日本專利JP2003166031提出了“高耐蝕性鎂合金和它的制造方法”，其鎂合金的組成范圍是Al1-8％；Mn0.1-1.5％；Ce或La0.1-0.9％，余量為Mg與不可避免的雜質(zhì)。
但是由于建筑用鎂合金通常采用擠壓成形加工，要求合金有較高的流動性和鑄造性能，從鑄造性能和力學(xué)性能考慮，最常用的鑄造鎂合金是含Al達(dá)9％的AZ91型鎂合金(其主成分范圍是Al8.5-9.5％；Mn0.17-0.4％；Zn0.45-0.9％；Si＜0.05％；雜質(zhì)＜0.01％)。從壓鑄成形高成品率所要求的合金高流動性和鑄造性能考慮合金的含Al量越高越好，所以鎂合金的含Al量要求≥9％。
上述二種專利合金的Al含量均≤8％，從鑄造性能和綜合性能考慮，這二種合金不能完全取代AZ91合金，但是如為提高鑄造性能把含Al量提高到＞8％，則該二種專利合金就不能保持高耐蝕性和實(shí)用性。
對于Al含量＞8％的高Al鎂合金，其耐蝕性通常都比較差。我們的試驗(yàn)表明AZ91D合金，其100小時(shí)鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率通常超過10毫克/厘米2·天。
上述二個(gè)專利申請中涉及的合金的試驗(yàn)結(jié)果也表明當(dāng)合金的含Al量達(dá)到8％以上時(shí)，合金的腐蝕率也比較大。
因此，當(dāng)鎂合金的Al含量達(dá)到保持較好鑄造性能和力學(xué)性能所要求的8-9％時(shí)，在建筑用鎂鋁合金實(shí)用性能上仍未得到較好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對建筑用鎂鋁合金的需求，提供一種Al含量在10-11.5％的高Al含量范圍內(nèi)，耐蝕性高的鑄造性能極好的建筑用鑄造鎂鋁合金及其制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鎂鋁合金，其特征在于其組成為含有以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素Al10-11.5；Mn0.1-1.0；La0.1-0.8；Ce0.1-0.8；Pr0.05-0.3；Zn0.1-0.5；Sr0.2-1.5；上述鎂合金的剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成，其中，原料Mg、Al、Zn采用工業(yè)純金屬，Mn采用Al-Mn中間合金，La、Pr、Ce采用稀土含量為15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce或Mg-富LaPrCe的中間合金，Sr采用工業(yè)純Sr，且Mg-富LaPrCe中間合金中LaPrCe的總量為占15-25％，其中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。
該鎂鋁合金的生產(chǎn)工藝過程如下在(CO2+N2+SF6)保護(hù)氣氛的鎂合金熔煉爐中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，熔煉溫度為700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升溫至730℃±20℃，靜置30分鐘±10分鐘，控制溫度不超過750℃，然后使合金液溫度降至700℃±10℃，扒渣，鑄錠。
合金可以在鑄造溫度下澆注成合金錠，也可以將合金液溫度控制在680-720℃進(jìn)行高壓鑄造成鎂合金制品。
本發(fā)明提供的合金具有優(yōu)良的耐蝕性能，其鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率為0.1毫克/厘米2·天左右(見表1)。
表1.本發(fā)明實(shí)施例提供的合金與對比合金Mg-9Al和Mg-9Al-1Re(Re為Ce含量約為50％的混合稀土)在5％NaCl 35℃鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率。

a、鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率合金的耐蝕性采用通用的鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率測定。合金在5％NaCl的鹽霧，35℃下腐蝕100小時(shí)后，測定腐蝕前后的失重計(jì)算腐蝕率。本發(fā)明提供的合金與對比合金AZ91(Mg-9Al)和Mg-9Al-1Re合金的腐蝕率如表上所示。
b、電化學(xué)交流阻抗測定電化學(xué)交流阻抗測定的極化電阻RP值代表腐蝕阻力(其倒數(shù)即為腐蝕率)，RP值越大，表示合金越耐腐蝕。電化學(xué)交流阻抗測量在PH10.5，25℃，3.5％NaCl溶液中，在浸泡35分鐘后用SolartronSI1287電化學(xué)介面和1255B頻率響應(yīng)儀測定。本發(fā)明實(shí)施例與對比合金的Rp值如表2所示。
表2.本發(fā)明提供的鎂鋁合金與對比合金電化學(xué)阻抗測定的Rp值

從表2可以看出本發(fā)明提供的合金的Rp值明顯高于對比的AZ91合金(Mg-9Al)。因此本發(fā)明提供的合金具有更強(qiáng)的耐蝕性。
因此，本發(fā)明提供的合金的耐蝕性顯著超過通用的AZ91合金，它是具有優(yōu)異耐蝕性的Mg-Al合金。
此外，本發(fā)明提供的合金和對比合金(AZ91)的機(jī)械性能如表3所示。
表3.本發(fā)明提供的合金和對比合金(AZ91)的機(jī)械性能

本發(fā)明通過采用適當(dāng)?shù)暮辖鸪煞纸M成，減少和控制重金屬雜質(zhì)元素的含量和改進(jìn)熱處理工藝，來顯著提高合金的耐蝕性能，因此，本發(fā)明提供的高鋁含量鎂鋁合金與AZ-91等鎂合金對比具有良好的耐蝕性。
具體實(shí)施例方式合金配制成分(質(zhì)量百分比)為Al11％，La0.8％，Ce0.8％，Pr0.30％，Mn0.5％，Zn0.4％，Sr1.5％，不可避免的雜質(zhì)元素限制為Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，F(xiàn)e≤0.004％，其余為Mg。
采用工業(yè)純鎂，工業(yè)純鋁，Mg-LaPrCe中間合金(LaPrCe的總量為占20％，其中La∶Ce∶Pr＝6∶3∶1)，Mg-Ce中間合金(Ce20％)，Mg-Pr中間合金(Pr10％)，Al-Mn中間合金，工業(yè)純鋅，金屬Sr，按上述成分配制合金。
在保護(hù)氣氛(CO2∶N2∶SF6＝150∶100∶1)的鎂合金熔煉爐中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，待合金元素全部熔化后(約為710℃)，升溫至730℃，靜置30分鐘，控制溫度不超過750℃，然后使合金液溫度降至710℃左右，扒渣，鑄錠。進(jìn)行壓鑄時(shí)，將合金液溫度控制在690～710℃進(jìn)行高壓鑄造成鎂合金制品。本實(shí)施例合金在5％NaCl鹽霧試驗(yàn)的腐蝕率為0.1毫克/厘米2·天，其室溫抗拉強(qiáng)度為265MPa，延伸率為8％，沖擊韌性為5J。
本發(fā)明決非僅局限于實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種鎂鋁合金，其特征在于其組成為含有以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素Al10-11.5；Mn0.1-1.0；La0.1-0.8；Ce0.1-0.8；Pr0.05-0.3；Zn0.1-0.5；Sr0.2-1.5；上述鎂合金的剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成，其中，原料Mg、Al、Zn采用工業(yè)純金屬，Mn采用Al-Mn中間合金，La、Pr、Ce采用稀土含量為15-25％的Mg-富La，Mg-富Pr，Mg-富Ce或Mg-富LaPrCe的中間合金，Sr采用工業(yè)純Sr，且Mg-富LaPrCe中間合金中LaPrCe的總量為占15-25％，其中La∶Ce∶Pr＝5.5-6.5∶2.5-3.5∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂鋁合金，其特征在于鎂鋁合金中不可避免的雜質(zhì)元素有Si、Cu、Fe、Ni，其含量為Si≤0.05％；Cu≤0.004％；Ni≤0.002％；Fe≤0.004％。
3.一種如權(quán)利要求1所述鎂鋁合金的制備方法，其特征在于該方法的生產(chǎn)工藝過程如下在(CO2+N2+SF6)保護(hù)氣氛的鎂合金熔煉爐中，先熔化Mg和Al，待Mg和Al熔化后，再加入Mg-LaPrCe，Mg-Ce，Mg-Pr，Al-Mn中間合金和Zn，最后加入金屬Sr，熔煉溫度為700℃±10℃，待合金元素全部熔化后，升溫至730℃±20℃，靜置30分鐘±10分鐘，控制溫度不超過750℃，然后使合金液溫度降至700℃±10℃，扒渣，鑄錠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鎂鋁合金的制備方法，其特征在于合金在鑄造溫度下澆注成合金錠。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鎂鋁合金的制備方法，其特征在于將合金液溫度控制在680-720℃進(jìn)行高壓鑄造成鎂鋁合金制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂鋁合金，其特征在于其組成為含有以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的元素Al10－11.5；Mn0.1－1.0；La0.1－0.8；Ce0.1－0.8；Pr0.05－0.3；Zn0.1－0.5；Sr0.2－1.5；上述鎂合金的剩余部分由Mg和不可避免的雜質(zhì)組成。其制備方法為在(CO
文檔編號B22D18/08GK1865475SQ20061008535
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者陳繼忠 申請人:陳繼忠