本發(fā)明屬于金屬材料及冶金，具體涉及一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、作為當(dāng)前最輕的結(jié)構(gòu)材料，鎂合金在輕量化設(shè)計(jì)上具有天然的優(yōu)勢，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。強(qiáng)度和耐腐蝕性是結(jié)構(gòu)材料的兩個(gè)重要指標(biāo)，這也恰恰是制約鎂合金大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的主要的因素。目前鎂合金的力學(xué)性能研究已經(jīng)相當(dāng)完善，開發(fā)出一系列高強(qiáng)度鎂合金。鎂合金的高強(qiáng)度通常離不開各種析出相，但是析出相對耐腐蝕性的影響卻表現(xiàn)出明顯消極影響。

2、析出相自身電位是影響鎂合金的耐腐蝕性的重要因素。由于mg基底的較低的電位，絕大多數(shù)析出相的電位高于基底，它們作為陰極相會(huì)通過微電偶耦合加速mg基底的腐蝕。因此，高強(qiáng)度耐腐蝕mg合金的設(shè)計(jì)不僅應(yīng)該注重析出相的強(qiáng)化機(jī)制，還應(yīng)該考慮析出相與mg基底的電位差。據(jù)報(bào)道不同析出相與mg基底的電勢差明顯不同，例如mgzn2(475?mv?)、mg17al12(80–225?mv)、w相（120?mv）、i（25?mv）和lpso（90?mv）都是陰極相，對合金的耐腐蝕性產(chǎn)生不同的影響。此外，還有一些低于mg基底的電位的析出相，具有更低標(biāo)準(zhǔn)電位的ca（-2.87?v）合金化形成的mg2ca相在mg-ca合金中充當(dāng)陽極相，相較于基底的電位差在-30mv到-100?mv之間。han等人也發(fā)現(xiàn)了mg41nd5相在mg-4li-3nd-0.2zn合金中充當(dāng)陽極的角色。

3、除了種類，析出相的形貌、大小和分布也會(huì)影響合金的耐腐蝕性。由于mg的pilling-bedworth比（pbr）為0.81（<1），因此它不能形成自我保護(hù)的致密氧化膜。雖然mg合金在水溶液中形成的腐蝕產(chǎn)物的主要成分相對致密的mg(oh)2，但如果周圍環(huán)境包含一定濃度的cl-將會(huì)使其失去保護(hù)性。而且通常mg(oh)2的沉積速度趕不上其溶解的速度，因此該膜層也很難有效阻擋腐蝕的進(jìn)展。song等人發(fā)現(xiàn)mg-al合金中大量網(wǎng)絡(luò)狀分布的b相可以充當(dāng)陽極屏障來抑制合金的整體腐蝕。yan等人通過多向鍛造方式產(chǎn)生了大量孿晶，不僅細(xì)化了晶粒尺寸而且均勻分散了az80合金中析出相的分布，降低了局部嚴(yán)重電偶腐蝕的傾向。令人驚訝的是，雖然在mg-zn-gd合金中i相與基底的電位差遠(yuǎn)小于w相和lpso相，但是含有l(wèi)pso相的擠壓態(tài)合金具有最低的腐蝕速率，這歸功于連續(xù)分布的層狀和帶狀lpso相的腐蝕屏障作用。而xie等人發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的lpso相對合金的耐腐蝕性表現(xiàn)出差異性反應(yīng)，lpso/sfs混合結(jié)構(gòu)較大的電勢差導(dǎo)致強(qiáng)烈的電偶腐蝕的傾向，使其不易快速成膜隔離腐蝕。而單18r-lpso結(jié)構(gòu)由于較低的電位波動(dòng)有利于腐蝕保護(hù)膜的快速生成。眾所周知，lpso相在高強(qiáng)稀土mg合金中發(fā)揮了重要的作用。因此，合理調(diào)控lpso相似乎是協(xié)同提升強(qiáng)度和耐腐蝕性的一條重要思路。

4、通常，mg合金中的lpso相的種類、形貌和分布可以通過合金化、熱處理和變形處理來設(shè)計(jì)與調(diào)控。例如yang等人報(bào)道了(mg，zn)3在500?℃固溶熱處理過程轉(zhuǎn)變?yōu)?4h-lpso相。我們先前的研究發(fā)現(xiàn)sn微合金化會(huì)促進(jìn)均勻化mg-gd-zn合金生成更多的14h-lpso相，顯著提升了時(shí)效合金的極限抗拉強(qiáng)度。綜上所述，微合金化對含mg合金中l(wèi)pso相的影響的研究已經(jīng)相當(dāng)廣泛，特別是力學(xué)性能方面。但是微合金化對含lpso相mg合金的耐腐蝕性的研究相對較少。在先前研究的基礎(chǔ)上，本文意圖探索sn微合金化對mg-gd-zn合金耐腐蝕性的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金及其制備方法，該工藝方法成本低且簡便易行，獲得的鑄造鎂合金經(jīng)過簡單的熱處理后在室溫下具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，合金中各組份及其質(zhì)量百分比為：zn?1.0~3.0%、ho?0.5~1.5%、gd?8.0~11.0%、zr?0.3~0.6%、la?0.1~0.5%、ti?0.1~0.5%、sn?0.1~2.0%，雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni的總量不超過0.03%，余量為mg。

4、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，gd/ho原子比為5~12，(gd和ho)/zn原子比為3.5~6。

5、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，所述合金經(jīng)過澆鑄和均勻化后得到的組織主要由a-mg、(mg,?zn)3gd和14h-lpso析出相組成，晶粒平均尺寸為40~80?mm。

6、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，合金的腐蝕速率小于0.1?mm/year。

7、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，合金中各組份及其質(zhì)量百分比優(yōu)選為：zn?1.0%、ho?1.5%、gd?11.0%、zr?0.6%、la?0.2%、ti?0.2%和sn?0.2%，雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni的總量為0.03%，余量為mg。

8、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，合金中各組份及其質(zhì)量百分比優(yōu)選為：zn?1.2%、ho?0.5%、gd?11.0%、zr?0.5%、la?0.3%、ti?0.3%和sn?0.3%，雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni的總量為0.03%，余量為mg。

9、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金，合金中各組份及其質(zhì)量百分比優(yōu)選為：zn?1.1%、ho?1.1%、gd?10.6%、zr?0.6%、la?0.2%、ti?0.2%和sn?0.5%，雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni的總量為0.03%，余量為mg。

10、上所述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

11、(1)將純mg、純zn、mg-20%ho中間合金、mg-30%gd中間合金、純ti、mg-20%la中間合金、純sn和mg-30%zr中間合金按成分配比進(jìn)行配料，并通過砂紙打磨掉所有原料表面的氧化層；

12、(2)熔煉前需要將所有原料分別置于加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，加熱溫度為100?℃，加熱時(shí)間為2?h；

13、(3)熔煉爐溫度控制在700~750?℃范圍內(nèi)，在坩堝中分批次加入預(yù)熱好的純mg、mg-20%ho中間合金、mg-20%la中間合金和mg-30%gd中間合金，加入適量的覆蓋劑于配料表面；等待全部熔化成液體時(shí)，去掉表面的熔渣，快速攪動(dòng)熔液維持3?min，攪拌的過程要隨時(shí)添加覆蓋劑；

14、(4)溫度升高到780~800?℃后加入mg-30%zr中間合金，待中間合金完全熔化后攪拌均勻；等待合金熔液溫度降低到700~720?℃范圍內(nèi)加入純zn、純ti和純sn，充分?jǐn)嚢?min后均勻加入覆蓋劑于表面；爐溫控制在700~750?℃范圍內(nèi)保溫靜置10~20?min，再次對熔液再次充分?jǐn)嚢??min；在720~730?℃下保溫靜置10~20?min，去掉表面熔渣后在保護(hù)氣體下澆鑄；

15、(5)將經(jīng)步驟(4)得到的鑄錠放入電阻式加熱爐中進(jìn)行均勻化處理，均勻化處理制度為：在480~500?℃保溫10~15?h；

16、進(jìn)一步的，上述的一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金的制備方法，步驟（4）所述保護(hù)氣體為sf6+co2+空氣混合氣體，sf6:co2:空氣體積比為0.5:40:50。

17、進(jìn)一步的，上述一種具有高耐蝕的鑄造鎂合金的制備方法，所制備的鎂合金在3.5%的nacl水溶液中的腐蝕速率小于0.1?mm/year。

18、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

19、（1）本發(fā)明所制備的的鎂合金與其他常規(guī)鎂合金相比具有優(yōu)異的耐腐蝕性，與純mg的耐腐蝕相當(dāng)；

20、（2）本發(fā)明工藝簡單，所用設(shè)備為常規(guī)通用設(shè)備，易于移植和操作，成本低，顯著改善mg合金腐蝕過快的缺陷。