一種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎂合金性能優(yōu)化領(lǐng)域,具體為一種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,特別是涉及一種能夠顯著提高鎂合金的耐腐蝕性能,同時(shí)還使合金保留著較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的熱處理工藝。將變形態(tài)鎂合金用鋁箔包裹嚴(yán)密,進(jìn)行兩級(jí)固溶處理,在300~330℃保溫2~4小時(shí),隨爐升溫至400~450℃,在此溫度下再保溫2~4小時(shí),然后水淬冷卻至室溫。本發(fā)明能夠顯著提高鎂合金的耐腐蝕性能,解決了鎂合金抗腐蝕能力差的問題,同時(shí)還使合金保留著較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,拓寬了鎂合金的實(shí)際工程應(yīng)用。本發(fā)明所用的設(shè)備簡(jiǎn)單,成本較低,操作簡(jiǎn)單、方便。
【專利說明】-種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鎂合金性能優(yōu)化領(lǐng)域,具體為一種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性 的熱處理工藝,特別是涉及一種能夠顯著提高鎂合金的耐腐蝕性能,同時(shí)還使合金保留著 較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金作為一種新型的金屬材料,具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn),這使得 鎂合金在航空航天和汽車等高新【技術(shù)領(lǐng)域】有著潛在的廣泛應(yīng)用前景。與其它鎂合金相比, 由于Mg-Zn-Y-Zr變形鎂合金在室溫和高溫下具有較高的屈服和抗拉強(qiáng)度,所以關(guān)于其力 學(xué)性能的研究報(bào)道有很多。研究結(jié)果表明,Mg-Zn-Y-Zr鎂合金主要是通過準(zhǔn)晶相I-Mg 3Zn6Y 的形成來提高其力學(xué)性能的。因此,可以預(yù)測(cè),通過增加合金中準(zhǔn)晶相的體積百分含量可 以使Mg-Zn-Y-Zr鎂合金的力學(xué)性能得到顯著的提高。迄今為止,關(guān)于準(zhǔn)晶相體積百分含 量對(duì)合金力學(xué)性能影響的文獻(xiàn)報(bào)道只有一篇。文獻(xiàn)(Mater. Sci. Eng. A(材料科學(xué)與工 程)449-451 (2007) 987)報(bào)道了在Zn/Y比為5的前提下,通過增加合金元素鋅(Zn)和稀土 元素釔(Y),使Mg-Zn-Y-Zr合金中準(zhǔn)晶相的體積百分含量增加,從而使合金的強(qiáng)度得到顯 著的提高。然而,早期的研究工作過于側(cè)重于合金的強(qiáng)度問題,關(guān)于微觀組織如何對(duì)合金耐 腐蝕性能的影響及其相關(guān)提高方法方面的研究,還未曾涉及,致使準(zhǔn)晶強(qiáng)化的Mg-Zn-Y-Zr 鎂合金的工程應(yīng)用缺乏安全保障和技術(shù)支撐。因此,為了解決制約鎂合金工程應(yīng)用的瓶頸 (耐蝕性和強(qiáng)度),開發(fā)出合理的熱處理制度來提高合金的抗腐蝕性能,同時(shí)還需保障其具 有較高的力學(xué)性能是目前亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,通 過合理制定兩級(jí)固溶制度,將合金中存在的不均勻組織消除,同時(shí)在a-Mg基體中析出納 米尺度準(zhǔn)晶相顆粒,使鎂合金的耐腐蝕性能得到顯著提高,同時(shí)還使合金保留著較高的屈 服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005] -種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,將變形態(tài)Mg-Zn-Y-Zr鎂合 金進(jìn)行兩級(jí)固溶處理,在300?330°C保溫2?4小時(shí),隨爐升溫至400?450°C,在此溫度 下再保溫2?4小時(shí),然后水淬冷卻至室溫。
[0006] 所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,Mg-Zn-Y-Zr鎂合金在固 溶處理過程中,用鋁箔嚴(yán)密包裹。
[0007] 所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,按重量百分含量計(jì), Mg-Zn-Y-Zr鎂合金中,鋅含量為6?8% ;釔含量為1. 0?1. 6% ;鋯含量為0· 5?1. 0% ; 鎂余量。
[0008] 所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,Mg-Zn-Y-Zr鎂合金中,鋅 和釔的重量比值為5?10。
[0009] 所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,經(jīng)熱處理后的 Mg-Zn-Y-Zr鎂合金,其耐腐蝕性能能夠顯著得到提高,同時(shí)還使合金保留著較高的屈服強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度。
[0010] 所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,在室溫條件下0. lMNaCl 溶液中的腐蝕電位= -1. 65?-1. 60VSCE,腐蝕電流密度為= 2?16 μ A/cm2,失重 速率為0· 2?0· 8 mg/cm2/day,屈服強(qiáng)度為180?200MPa,抗拉強(qiáng)度為260?280MPa,延伸 率為10?25%。
[0011] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是:
[0012] 本發(fā)明通過合理選取兩級(jí)固溶處理,先在300?330°C保溫2?4小時(shí),這樣的作 用在于:將不均勻分布的低熔點(diǎn)MgZn相固溶,對(duì)組織和性能的影響在于:消除局部腐蝕的 發(fā)生,改善合金的抗腐蝕性能。隨爐升溫至400?450°C,在此溫度下再保溫2?4小時(shí),然 后水淬冷卻至室溫,這樣的作用在于:析出納米級(jí)準(zhǔn)晶相顆粒,對(duì)組織和性能的影響在于: 納米準(zhǔn)晶強(qiáng)化致使合金的力學(xué)性能不會(huì)因晶粒粗化而降低。本發(fā)明將兩個(gè)階段固溶處理有 機(jī)地結(jié)合,能夠顯著提高鎂合金的耐腐蝕性能,解決了鎂合金抗腐蝕能力差的問題,同時(shí)還 使合金保留著較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,拓寬了鎂合金的實(shí)際工程應(yīng)用。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0014] 1、本發(fā)明通過控制熱處理?xiàng)l件消除了變形態(tài)Mg-Zn-Y-Zr合金中存在的組織不均 勻性,并能在基體中析出納米尺度準(zhǔn)晶相顆粒。
[0015] 2、本發(fā)明采用該方法使合金的抗腐蝕性能得到顯著提高,并能保留著較高的屈服 和抗拉強(qiáng)度,特別適合于輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌的用材需求。
[0016] 3、本發(fā)明所用的設(shè)備簡(jiǎn)單,成本較低,加工工藝操作簡(jiǎn)單、方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1準(zhǔn)晶強(qiáng)化Mg-Zn-Y-Zr鎂合金(實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3)的X-射線衍 射圖譜。
[0018] 圖2準(zhǔn)晶強(qiáng)化Mg-Zn-Y-Zr鎂合金(實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3)的微觀組織。 其中,(a)圖為熱處理前;(b)圖為熱處理后。
[0019] 圖3準(zhǔn)晶強(qiáng)化Mg-Zn-Y-Zr鎂合金(實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3)的納米準(zhǔn)晶析 出顆粒的透射電鏡觀察。其中,(a)圖為TEM照片;(b)、(c)、(d)圖為電子衍射譜。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明,需要說明的是給出的實(shí)施例是用于 說明本發(fā)明,而不是對(duì)本發(fā)明的限制,本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下實(shí)施的具體實(shí)施例。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 本實(shí)施例提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝方法,主要包括以下步 驟:
[0023] I )、采用的鎂合金成分:使用鍛造態(tài)準(zhǔn)晶強(qiáng)化Mg-Zn-Y-Zr鎂合金,其化學(xué)成分 (質(zhì)量百分含量)為:6% Ζη,1·2% Y,0.8% Zr,其余為Mg;
[0024] II )、固溶處理工藝:將鍛造態(tài)準(zhǔn)晶強(qiáng)化鎂合金板材用鋁箔嚴(yán)密包裹,在330°C固 溶2小時(shí),隨爐升溫至400°C,再保溫4小時(shí),水淬冷卻至室溫。
[0025] III)、微觀組織表征
[0026] 組織觀察的樣品其制備過程如下:采用1000號(hào)碳化硅水磨砂紙磨平表面;然后采 用油基金剛石研磨膏機(jī)械拋光;X-射線衍射分析表明合金中主要相為a-Mg、Mg 3Zn6Y(準(zhǔn)晶 相I-phase)、MgZn2和少量的Mg 3Zn3Y2 (W-phase相),相應(yīng)X-射線圖譜列在附圖1上。熱處 理前后的微觀組織見圖2,其中的不均勻化組織(inhomogeneous region)可以有效的得到 減輕或消除?;w中的納米尺度準(zhǔn)晶相析出顆粒的TEM照片及相應(yīng)的電子衍射譜見圖3,其 中:納米尺度相為準(zhǔn)晶析出顆粒,納米尺度準(zhǔn)晶相的粒度范圍為30?150nm,由圖3可以看 出:在400?450°C的高溫條件下,納米級(jí)準(zhǔn)晶顆粒是可以時(shí)效析出的。
[0027] IV)、腐蝕和拉伸性能測(cè)試
[0028] 采用1000號(hào)碳化硅水磨砂紙磨平20mm(長(zhǎng))X20mm(寬)X5mm(厚)試樣的各 表面;然后在室溫條件下將試樣放入0.1M NaCl溶液中進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用軟 毛刷將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物去除,稱其損失的重量,算出重量損失速率(失重速率)。利 用樹脂將樣品密封,只對(duì)露出lOmmXIOmm的樣品截面開展動(dòng)電位極化曲線的測(cè)量,確定 出合金相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕參數(shù)見表1,其重量損失速率為0. 34mg/cm2/day,腐蝕電位Ec;。" =-1. 60VSCE,腐蝕電流 iCOTr = 15 μ A/cm2。
[0029] 合金的室溫拉伸性能樣品為板狀,其軸線方向平行于材料的縱向,試樣標(biāo)準(zhǔn) 長(zhǎng)度為25mm,寬度為5mm,厚度為4mm。拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變速率為IX ΙΟ?,拉伸試驗(yàn)在 MTS (858. 01Μ)拉扭試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,確定出合金相應(yīng)的拉伸性能見表1,其屈服和抗拉強(qiáng)度 分別為183MPa和262MPa,延伸率為22%。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 與實(shí)施例1不同之處在于:
[0032] I )、采用的鎂合金成分
[0033] 參考實(shí)施例1的成分配比。
[0034] II)、固溶處理工藝
[0035] 將鍛造態(tài)準(zhǔn)晶強(qiáng)化鎂合金板材用鋁箔嚴(yán)密包裹,在320°C固溶2小時(shí),再將溫度升 至400°C,保溫4小時(shí),水淬冷卻至室溫。
[0036] III)、微觀組織表征
[0037] 參考實(shí)施例1的微觀組織表征。
[0038] IV )、室溫拉伸性能測(cè)試
[0039] 參考實(shí)施例1的力學(xué)性能測(cè)試方法。本實(shí)施例中,合金的腐蝕和拉伸性能見表1, 其重量損失速率為0· 50mg/cm2/day,腐蝕電位EeMT = -1. 63VSCE,腐蝕電流ieOT = 10. 5 μ A/ cm2。其屈服和抗拉強(qiáng)度分別為195MPa和272MPa,延伸率為15%。
[0040] 實(shí)施例3
[0041] 與實(shí)施例1不同之處在于:
[0042] I )、采用的鎂合金成分
[0043] 參考實(shí)施例1的成分配比。
[0044] II)、固溶處理工藝
[0045] 將鍛造態(tài)準(zhǔn)晶強(qiáng)化鎂合金板材用鋁箔嚴(yán)密包裹,在300°C固溶2小時(shí),再將溫度升 至400°C,保溫4小時(shí),水淬冷卻至室溫。
[0046] III)、微觀組織表征
[0047] 參考實(shí)施例1的微觀組織表征。
[0048] IV )、室溫拉伸性能測(cè)試
[0049] 參考實(shí)施例1的力學(xué)性能測(cè)試方法。本實(shí)施例中,合金的腐蝕和拉伸性能見表1, 其重量損失速率為0· 62mg/cm2/day,腐蝕電位EeMT = -1. 62VSCE,腐蝕電流ieOT = 13. 5 μ A/ cm2。其屈服和抗拉強(qiáng)度分別為198MPa和276MPa,延伸率為13%。
[0050] 本發(fā)明中,準(zhǔn)晶強(qiáng)化Mg-Zn-Y-Zr鎂合金(實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3)的腐蝕 和力學(xué)性能數(shù)據(jù),見表1。
[0051] 表 1
[0052]
【權(quán)利要求】
1. 一種提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,其特征在于:將變形態(tài) Mg-Zn-Y-Zr鎂合金進(jìn)行兩級(jí)固溶處理,在300?330°C保溫2?4小時(shí),隨爐升溫至400? 450°C,在此溫度下再保溫2?4小時(shí),然后水淬冷卻至室溫。
2. 按照權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,其特征在 于:Mg-Zn-Y-Zr鎂合金在固溶處理過程中,用鋁箔嚴(yán)密包裹。
3. 按照權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,其特征在 于:按重量百分含量計(jì),Mg-Zn-Y-Zr鎂合金中,鋅含量為6?8% ;釔含量為1. 0?1. 6% ; 鋯含量為〇. 5?1. 0% ;鎂余量。
4. 按照權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,其特征在 于:Mg-Zn-Y-Zr鎂合金中,鋅和釔的重量比值為5?10。
5. 按照權(quán)利要求1所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,其特征在 于:經(jīng)熱處理后的Mg-Zn-Y-Zr鎂合金,其耐腐蝕性能能夠顯著得到提高,同時(shí)還使合金保 留著較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。
6. 按照權(quán)利要求1或5所述的提高M(jìn)g-Zn-Y-Zr鎂合金耐腐蝕性的熱處理工藝,其特征 在于:在室溫條件下0. 1M NaCl溶液中的腐蝕電位E。。" = -1.65?-1.60VSCE,腐蝕電流密度 為= 2?16 μ A/cm2,失重速率為(λ 2?(λ 8 mg/cm2/day,屈服強(qiáng)度為180?200MPa, 抗拉強(qiáng)度為260?280MPa,延伸率為10?25%。
【文檔編號(hào)】C22C23/04GK104195483SQ201410409095
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】許道奎, 韓恩厚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所