[發明專利]一種高強耐蝕鎂合金

有效

• 申請號: 201710080018.0
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106834852B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 應韜;周銀鵬;汪時宜;李德江;羅云斌;趙華;曾小勤
• 申請（專利權）人: 蘇州慧金新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22C1/06;C22F1/06
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張宇

本發明涉及一種高強耐蝕鎂合金，屬于金屬材料領域。該高強耐蝕鎂合金，按質量分數計，其成分為：Sc 5?15%，Mn 0.5?1%，Zr 0.5?1%，Fe，Ni不可避免雜質含量<0.05%。本發明的高強耐蝕鎂合金，其中Sc元素的含量控制在5?15%之間，適量的Sc元素在固溶強化的同時會形成β?Sc，起到形核質點的作用，大幅細化晶粒，出現細晶強化和第二相強化的作用，因此鑄態的抗拉強度是純鎂的10倍。本發明將Mg?Sc鎂合金在300℃下，以擠壓比16：1擠壓后，其拉伸強度達到400?420MPa，抗拉強度240?260MPa，延伸率8?10%。另外，本發明加入適量的Sc元素后，能夠形成Sc₂O₃和Mg(OH)₂的混合涂層，使得Mg?Sc鎂合金基體表面膜層更致密，保證了良好的耐腐蝕性能。

技術領域

本發明涉及一種高強耐蝕鎂合金，屬于金屬材料領域。

背景技術

腐蝕是材料在環境中受到物理、化學和電化學等作用時，引起的材料性質、形貌、力學性能改變的現象。據統計，每年全世界因腐蝕報廢的金屬約1億噸，占年產量的20%～40%，全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備相當于年產量的30%。而且隨著工業化的進程，腐蝕問題日趨嚴重，美國1949年腐蝕消耗（材料消耗和腐蝕）為50億美元，1975年達700億美元，到1985年高達1680億美元。數據顯示，發達國家每年因腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的2～4%；美國每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源；我國每年因腐蝕造成的經濟損失至少達二百億元；全球每年因腐蝕造成的損失高達7000億美元，是地震、臺風、水災等自然災害綜合損失的6倍。

相對其它金屬結構材料，鎂的化學性質比較活潑，耐腐蝕性較差，容易造成部件損耗乃至完全失效。目前，改善鎂的本征耐腐蝕性的主要手段是添加適量的合金元素。例如：在純Mg中添加9wt%的Al可以大幅提高Mg-Al合金的耐蝕性；添加少量的Ca（少于2wt%）有利于AZ91鎂合金腐蝕性能的提升；部分微量稀土元素（如La，Ce等）可以作為固溶元素或者析出相的形式在鎂基體中存在，改善AM60鎂合金的耐腐蝕能力。以上研究表明，通過合金化改善鎂合金本征耐腐蝕性是可行的。

根據純鎂的Pourbaix相圖，金屬Mg能穩定存在的區域對應的電位通常較負，而材料在實際工作中的電位要比其高的多，因此通過合適的成分設計，使得鎂合金發生腐蝕后形成有效的鈍化膜，從而阻止或阻礙進一步腐蝕的發生，成為了改善鎂合金耐蝕性能的主要手段。

腐蝕產物能否在材料表面形成有效的鈍化膜，一方面固然與腐蝕產物的形態、穩定性密切相關，另一方面也與固態氧化物的密度與合金基體密度間的匹配相關。Pilling與Bedworth在早期對金屬及其氧化物的研究發現：當氧化物體積與原金屬的體積比（Pilling-Bedworth ratio，PBR）小于1時，氧化物無法完整覆蓋金屬表面，從而無法起到鈍化保護作用；當該體積比大于2時，氧化物又因內應力過大易于破裂而無法保護金屬表面；當該體積比介于1～2之間時，氧化物往往能夠在金屬表面形成致密的鈍化膜，從而保護金屬基體免于進一步的腐蝕。當然也有不少實驗研究發現：在一些體系當中，盡管PBR介于1～2之間，腐蝕產物還是不能有效保護金屬基體，其原因在于離子/原子在腐蝕產物中具有較大的擴散能力，從而遷移到腐蝕產物表面，使得腐蝕繼續。

對于純鎂而言，其PBR為0.81，即形成的MgO并不具有保護性，因而鎂的耐蝕性能差。Wanqiang Xu等人通過在純鎂中添加大量的鋰元素，提高了鎂鋰合金的PBR值，使鎂鋰合金表面形成致密的氧化鋰-氧化鎂-碳酸鋰復合保護層，大幅提高了鎂鋰合金的腐蝕性能，開發了兼具高強度和耐蝕性的鎂合金。因此，應從腐蝕產物的穩定性、PBR、腐蝕產物的擴散行為等方面著手來分析鎂合金的自我保護、耐蝕能力，深化對鎂合金腐蝕過程中鈍化層的認識，為新型耐蝕鎂合金的設計提供指導作用。