技术领域
[0001] 本
发明属于轻金属材料技术领域，特别涉及一种低稀土高耐蚀镁合金及其制备方法。
背景技术
[0002] 镁合金是迄今为止最轻的金属结构材料，其
密度仅相当于
铝的2/3，
钢的1/4，使其拥有很高的比强度与比
刚度；此外，镁合金还具有良好的阻尼性、切削加工性和导热性以及易回收、再生等诸多优异的性能，使其在
汽车、航空航天、3C、国防等领域的应用日益扩大；镁合金分为
铸造镁合金与
变形镁合金，变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度、更好的延展性以及更多样化的尺寸，应用也更为广泛。
[0003] 变形镁合金主要以Mg-Al-Zn系与Mg-Zn-Zr系镁合金为主，而Mg-Al-Zn系因为其更低的制备成本与更易制备，运用要更广与Mg-Zn-Zr系镁合金；AZ80作为Mg-Al-Zn系中强度最高的一种镁合金，越来越广泛的运用与各种
挤压以及
锻造件中；由于AZ80镁合金低温成形性差，一些大规格较复杂的挤锻件都选择在较高
温度下进行；然而，AZ80镁合金中的Mg17Al12相为一种高温脆性相，这种相在变形过程中无法对基体起到钉扎作用，使该合金在高温变形时绝对强度不高；另外一方面，AZ80镁合金具有较差的耐蚀性，同样限制了其在工业化产品中的广发运用。
[0004] 稀土元素具有独特的
电子排布结构和化学特征，在镁合金中加入适量的稀土元素可增强
原子间结合
力、减少镁原子扩散速度、提高镁合金的再结晶温度，减缓再结晶长大速度，能显著提高其成形性与耐蚀性；AZ80镁合金低温成形性差与耐蚀性差的主要原因是过多Mg17Al12相的存在；过多的脆性Mg17Al12相不利于变形，减少了镁合金基体的变形，降低了合金的耐蚀性；同时，由于AZ80镁合金的低温成形性较差，目前镁合金工业化挤锻产品都在350℃～400℃温度下进行，过高的变形温度必然会导致产品内部组织粗大，温度过高甚至会出现Mg17Al12相过烧的情况，对强度以及耐蚀性都有很大影响。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种低稀土高耐蚀镁合金及其制备方法，在AZ80镁合金的
基础上添加几种微量廉价的稀土元素，改善合金的低温成形性与耐蚀性，使其在300℃低温下也保持较好的成形性，同时在350℃～400℃挤压温度下也能保持良好的力学性能，为各种工业化生产的挤锻件提供一种成型好、力学性能优良且耐蚀性好的镁合金。
[0006] 本发明的低稀土高耐蚀镁合金的成分按重量百分比为：Al 6.5～7.5％，Zn 0.4～0.6％，Mn 0.1～0.4％，，富La混合稀土0.5～1.2％，余量为Mg和不可避免杂质；所述的富La混合稀土中含La和Ce，且La/Ce的重量比为2:1～3:1；
抗拉强度320～340MPa，
屈服强度180～210MPa。
[0007] 上述的低稀土高耐蚀镁合金的杂质中含Fe的重量百分比0.01～0.03％，其他杂质的总重量百分比≤0.01％。
[0008] 上述的低稀土高耐蚀镁合金的延伸率18～28％。
[0009] 本发明的低稀土高耐蚀镁合金的制备方法包括以下步骤：
[0010] 1、按上述成分准备镁锭、锌
块、铝块、氯化锰颗粒和Mg-富La混合稀土中间合金；所述的Mg-富La混合稀土中间合金中按重量百分比含La和Ce 20～30％，并且La/Ce的重量比为2:1～3:1；
[0011] 2、在保护气氛条件下，将镁锭加入熔炼
电阻炉中
熔化，设置化料温度为750±5℃，获得镁熔体；
[0012] 3、在SF6与CO2混合保护气氛条件下，将铝块在另外一个熔炼电阻炉中熔化，熔化温度为750±5℃，获得铝熔体；向铝熔体中依次加入锌块、氯化锰颗粒和Mg-富La混合稀土中间合金，同时加入5号熔剂；待全部物料熔化后，获得混合熔体；
[0013] 4、在SF6与CO2混合保护气氛条件下，将混合溶体加入到镁熔体中，在750±5℃精炼30～40min，然后静置30～60min，在静置过程中降温至690～700℃，制成镁合金熔体；
[0014] 5、采用电磁半连续铸造系统，对镁合金熔体进行浇铸，浇铸开始的同时开启电磁系统对镁合金熔体及
铸锭进行
电磁搅拌，电磁
频率为15～30Hz，直至浇铸完成，获得镁合金铸锭；
[0015] 6、将镁合金铸锭置于
马弗炉中，然后进行双级均匀化处理；其中第一级均匀化处理的温度180～250℃，时间5～8h；第二级均匀化处理的温度350～420℃，时间10～15h；双级均匀化处理后去除表面的
氧化皮，获得锭坯；
[0016] 7、将锭坯在300～400℃保温1～3小时，然后在立式挤压机上进行
热挤压，挤压出口速度为0.2～1mm/s，热挤压时挤压筒与模具温度为300～400℃，挤压比≥15:1；热挤压完成后获得低稀土高耐蚀镁合金。
[0017] 上述的步骤2中，保护气氛为氩气气氛。
[0018] 上述的5号熔剂的用量为镁锭、锌块、铝块、氯化锰和Mg-富La混合稀土中间合金总重量的0.2～0.4％。
[0019] 上述的氯化锰颗粒的粒径1～3mm。
[0020] 上述的步骤3和4中，SF6与CO2混合保护气氛的SF6与CO2的体积比为1:(3～5)。
[0021] 本发明的优点及有益效果是：
[0022] 1、传统AZ80在较低温下具有较差成形性，因此一般锻挤大型复杂
型材时在350～400℃区间内进行，由于镁合金对温度敏感性很强，从而使组织粗大，导致性能下降；本发明在AZ80镁合金的基础上，通过添加微量富La稀土对合金进行改性，镧铈稀土元素在镁合金中具有一定的固溶度，与Al元素优先形成具有高熔点、高热
稳定性的Al11(La/Ce)3和Al2(La/Ce)稀土相，这些稀土相抑制了脆性第二相Mg17Al12的析出与长大，提高了AZ80镁合金的成形性，同时提高了耐蚀性；
[0023] 2、只需添加0.5～1.2％稀土元素便可达到较为优良的成形性，并且在低温下也可以保持良好的成形性与综合性能，扩大了AZ80镁合金的变形温度区间，在挤锻较为复杂的型材时，无需过多提高变形温度来达到变形效果；此外，在较高温下挤锻时，也可以保持良好的力学性能；
[0024] 3、在Fe含量在0.03～0.1％时，依然保持很好的耐蚀性；
[0025] 4、制备工艺简单容易，所用稀土元素均为廉价稀土，因此制备成本较低，适合工业化运用。
附图说明
[0026] 图1为本发明
实施例1中的低稀土高耐蚀镁合金的金相组织图；
[0027] 图2为AZ80镁合金的金相组织图；
[0028] 图3为本发明实施例1中的低稀土高耐蚀镁合金的扫描组织图；
[0029] 图4为AZ80镁合金的扫描组织图；
[0030] 图5为本发明实施例1中的低稀土高耐蚀镁合金与AZ80镁合金的XRD图。
具体实施方式
[0031] 本发明实施例中的5号熔剂为市购镁合金精炼剂产品。
[0032] 本发明实施例中采用的镁锭、锌块、铝块、氯化锰和Mg-富La混合稀土中间合金的杂质含量均≤0.05％。
[0033] 本发明实施例中采用的电磁半连续铸造系统为电磁半连续铸造结晶器(参见《低频电磁半连续铸造AC52合金》(特种金属及有色合金，2013年第33卷第4期)。
[0034] 本发明实施例中浇铸时的浇铸速度为5～60mm/min。
[0035] 本发明实施例中加入5号熔剂时，将全部5号熔剂分为至少5份，在熔炼过程中逐份加入，且向铝熔体中每加入一种成分，随同加入至少1份5号熔剂。
[0036] 本发明实施例中镁合金铸锭物理切割至合适尺寸后，再置于马弗炉中。
[0037] 本发明实施例中镁合金铸锭的尺寸为
[0038] 本发明实施例中进行电磁搅拌时电磁系统的
电流为100～140A。
[0039] 本发明实施例中采用的氩气纯度≥99％。
[0040] 本发明实施例中镁合金铸锭进行
腐蚀试验，在重量浓度3.5％的Nacl溶液中浸泡十天，测得等面积腐蚀重量13～21mg/cm2。
[0041] 下面结合具体实施方式对本发明的优选方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明
权利要求的限制。
[0042] 实施例1
[0043] 准备镁锭、锌块、铝块、氯化锰颗粒和Mg-富La混合稀土中间合金；所述的Mg-富La混合稀土中间合金中按重量百分比含La和Ce 20％，并且La/Ce的重量比为2:1；氯化锰颗粒的粒径1～3mm；
[0044] 在保护气氛条件下，将镁锭加入熔炼电阻炉中熔化，设置化料温度为750±5℃，获得镁熔体；保护气氛为氩气气氛；
[0045] 在SF6与CO2混合保护气氛条件下，将铝块在另外一个熔炼电阻炉中熔化，熔化温度为750±5℃，获得铝熔体；向铝熔体中依次加入锌块、氯化锰颗粒和Mg-富La混合稀土中间合金，同时加入5号熔剂；待全部物料熔化后，获得混合熔体；5号熔剂的用量为镁锭、锌块、铝块、氯化锰和Mg-富La混合稀土中间合金总重量的0.2％；
[0046] 在SF6与CO2混合保护气氛条件下，将混合溶体加入到镁熔体中，在750±5℃精炼30min，然后静置30min，在静置过程中降温至700℃，制成镁合金熔体；
[0047] 上述的SF6与CO2混合保护气氛的SF6与CO2的体积比为1:3；
[0048] 采用电磁半连续铸造系统，对镁合金熔体进行浇铸，浇铸开始的同时开启电磁系统对镁合金熔体及铸锭进行电磁搅拌，电磁频率为15～30Hz，直至浇铸完成，获得镁合金铸锭；将镁合金铸锭进行腐蚀试验，在重量浓度3.5％的NaCl溶液中浸泡十天，等面积腐蚀重量24mg/cm2；
[0049] 将镁合金铸锭置于马弗炉中，然后进行双级均匀化处理；其中第一级均匀化处理的温度180℃，时间8h；第二级均匀化处理的温度350℃，时间15h；双级均匀化处理后去除表面的氧化皮，获得锭坯；
[0050] 将锭坯在300℃保温3小时，然后在立式挤压机上进行热挤压，挤压出口速度为0.2mm/s，热挤压时挤压筒与模具温度为300℃，挤压比15:1；热挤压完成后获得低稀土高耐蚀镁合金，其成分按重量百分比为：Al 6.5％，Zn 0.4％，Mn 0.1％，La 0.36％，Ce 0.18％，余量为Mg和不可避免杂质；杂质中含Fe的重量百分比0.01，其他杂质的总重量百分比≤
0.01％；抗拉强度340MPa，屈服强度210MPa，延伸率18.8％；金相组织如图1所示，扫描组织如图3所示，XRD图如图5所示；
[0051] 采用传统的AZ80镁合金，按上述方式经铸造、
退火并
挤压成形后，其抗拉强度322MPa，屈服强度210MPa；延伸率15.3％；其中AZ80铸锭进行腐蚀试验，等面积腐蚀重量
2
60mg/cm；金相组织如图2所示，扫描组织如图4所示，XRD图如图5所示。
[0052] 实施例2(Mg-7.0％Al-0.5％Zn-0.2％Mn-0.62％La-0.31％Ce)
[0053] 方法同实施例1，不同点在于：
[0054] (1)Mg-富La混合稀土中间合金中按重量百分比含La和Ce 25％，并且La/Ce的重量比为3:1；
[0055] (2)5号熔剂的用量为镁锭、锌块、铝块、氯化锰和Mg-富La混合稀土中间合金总重量的0.3％；
[0056] (3)在750±5℃精炼35min，然后静置40min，在静置过程中降温至695℃；
[0057] (4)SF6与CO2混合保护气氛的SF6与CO2的体积比为1:4；
[0058] (5)腐蚀试验的等面积腐蚀重量20mg/cm2；
[0059] (6)第一级均匀化处理的温度210℃，时间6h；第二级均匀化处理的温度390℃，时间12h；
[0060] (7)锭坯在350℃保温2h，热挤压的挤压出口速度为0.5mm/s，热挤压时挤压筒与模具温度为350℃，挤压比16:1；
[0061] (8)低稀土高耐蚀镁合金的成分按重量百分比为：Al 7.0％，Zn 0.5％，Mn 0.2％，La 0.75％，Ce 0.25％，余量为Mg和不可避免杂质；杂质中含Fe的重量百分比0.02％；抗拉强度335MPa，屈服强度200MPa，延伸率22.2％。
[0062] 实施例3
[0063] 方法同实施例1，不同点在于：
[0064] (1)Mg-富La混合稀土中间合金中按重量百分比含La和Ce 30％；
[0065] (2)5号熔剂的用量为镁锭、锌块、铝块、氯化锰和Mg-富La混合稀土中间合金总重量的0.4％；
[0066] (3)在750±5℃精炼40min，然后静置60min，在静置过程中降温至695℃；
[0067] (4)SF6与CO2混合保护气氛的SF6与CO2的体积比为1:5；
[0068] (5)腐蚀试验的等面积腐蚀重量18mg/cm2；
[0069] (6)第一级均匀化处理的温度250℃，时间5h；第二级均匀化处理的温度420℃，时间10h；
[0070] (7)锭坯在400℃保温1h，热挤压的挤压出口速度为1mm/s，热挤压时挤压筒与模具温度为400℃，挤压比17:1；
[0071] (8)低稀土高耐蚀镁合金的成分按重量百分比为：Al 7.5％，Zn 0.6％，Mn 0.4％，La 1.0％，Ce 0.5％，余量为Mg和不可避免杂质；杂质中含Fe的重量百分比0.03％；抗拉强度328MPa，屈服强度195MPa，延伸率25.8％。
