一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金及其短流程制备方法

本发明属于金属材料加工领域，特别是涉及一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金及其短流程制备方法。

背景技术：

1、mg-zn-ca(zx)系合金具有成本低廉、弱基面织构、室温塑性好、易变形等优势，在轨道交通、空天科技、电子国防等领域轻量化方面具有广阔应用前景。然而，由于合金元素含量少，zx系低合金的固溶强化和第二相强化效果不显著、室温强度低。此外，zx系合金中通常会形成尺寸较大的ca2mg6zn3、mg2ca等第二相，与镁合金基体之间存在较大的电势差，因而导致严重的电偶腐蚀，降低合金耐腐蚀性能。因此，提高zx系低合金的强度和耐蚀性对于其进一步应用具有重要意义。现有技术的瓶颈在于，镁合金的强度和塑性或强度和耐腐蚀性或塑性和耐腐蚀性或相关力学性能和成形性较难同步提高，更不用说如何在保证合金高塑性的情况下，如何同步提高合金的强度、耐腐蚀性和成形性。以往研究表明在镁合金中增加合金元素添加含量、采用大变形方式和复杂工艺能够细化再结晶晶粒，促进强化相析出，提高镁合金的强度，但是上述强化相由于未经精准选择和有效调控，一般与基体存在较大电势差，易诱发严重电偶腐蚀，导致合金耐蚀性急剧恶化。综上，目前zx系低合金面临的问题是在维持良好塑性情况下，成形性、强度和耐腐蚀性较难同步提高。因此，如何通过选择合金元素种类、含量、降低合金成本、促进连续稳定保护性膜层形成、简化工艺、实现短流程制备，同步提高镁合金成形性、强塑性和耐腐蚀性是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术难题，本发明提供了一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金，按质量百分比计，所述的合金成分包括：锌：0.8-1.35％，钇：0.04-0.8％，钙：0.1-0.35％，锰：0.05-0.2％，添加元素：0.05-0.3％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁，所述的添加元素为镧、铟、钪中的一种或任意组合；它的制备方法包括如下步骤：

2、(1)按所述质量百分比配置合金原料，在氩气保护下，依次加入纯mg、纯zn、mg-ca、mg-y、mg-mn和添加元素中间合金，在670-730℃进行加热熔化和充分搅拌，待完全熔化后充分搅拌，进行精炼、除气和清渣后，获得合金熔液，所述的添加元素中间合金为mg-la中间合金、mg-in中间合金或mg-sc中间合金的一种或任意组合；

3、(2)将步骤(1)获得的合金熔液通过双辊铸轧后，获得铸轧态镁合金坯料，所述的双辊铸轧：双辊铸轧速度为5-7m/min，轧辊辊缝为2-6mm；将获得的铸轧态镁合金坯料进行均匀化热处理，所述的均匀化热处理为：在300-450℃保温0.5-4h，空冷或水冷至室温，再进行多道次变温精密轧制处理；然后在氩气保护下进行固溶热处理，再进行水淬冷却；然后进行时效处理，获得高强塑、高成形性耐蚀镁合金；获得的镁合金抗拉强度≥275mpa，屈服强度≥230mpa，在3.5wt.％nacl溶液中浸泡7天后的平均析氢量≤0.3ml/cm2/day；

4、步骤(2)所述的多道次变温精密轧制处理为：轧制道次为3-8道次，前2-4道次每道次压下量为20％-50％，轧制温度为300-350℃；后1-4道次每道次压下量为10％-30％，轧制温度为250-320℃；每道次轧制前在250-350℃保温2-25分钟；所述的固溶热处理为：在350-450℃保温5-30分钟；所述的时效处理为：在150-250℃保温5-90分钟。

5、进一步地，按质量百分比计，所述的锌：1.0-1.25％，钇：0.1-0.7％，钙：0.2-0.3％，锰：0.1-0.15％。

6、进一步地，按质量百分比计，所述的添加元素：0.1-0.25％。

7、进一步地，步骤(2)所述的多道次变温精密轧制处理为4-6道次，前2-3道次每道次压下量为30％-45％，后2-3道次每道次压下量为15％-25％。

8、本发明与目前现有技术相比具有以下特点：

9、与现有技术相比，本发明的优势在于：

10、本发明所添加的合金元素成分质量占比总量≤3wt.％，合金元素含量较低，具有低成本的优势；利用铸轧技术实现短流程加工，简化了工艺，保证高效制备；通过合金组分之间的相互作用、配比、工艺及工艺参数的协同调控作用，在保证合金高塑性的情况下，同步提高合金的成形性、强度和耐腐蚀性，具体分析如下：

11、1)现有技术通常从单一途径改变合金内部组织结构、尺寸、取向或者相分布中的一种，以解决合金制备过程中的某个技术问题；而本发明从多角度、全方位同时改变合金内部组织尺寸、结构、取向和相分布等，此外还实现了合金元素晶界、相界偏聚和延缓再结晶，在保证合金高塑性的情况下，还能使得合金具有高成形性、高强度和高耐腐性。相关机理包括：一是加入的锌、钙、锰和钇等合金元素能够反应形成高熔点硬质粒子，其中包括含钙相、含锰相、含稀土相及多种成分形成的复合相，并能够有效抑制晶粒粗化，获得具有较高强度的细晶组织；二是通过有效调控合金元素固溶及析出行为、第二相及纳米微结构的种类、尺寸、分布与数量密度，获得高密度、纳米级第二相，较好提升弥散强化效果，起到提升固溶强化和第二相强化的优异效果；三是本发明打破了现有技术从单方面或者单角度细化合金中的某个微观组织，能够全方位实现合金元素晶界、相界偏聚，延缓再结晶，同时还能够抑制晶核生长，有效细化再结晶晶粒；四是打破了现有技术获得的合金强化相与镁合金基体之间由于存在较大电势差而使得合金耐腐蚀性差的技术瓶颈，通过调控纳米级第二相成分、结构，减小与基体电势差以及调控晶界和相界面处的原子偏聚降低界面能，降低晶界、相界面腐蚀速度，最终延缓并抑制电偶腐蚀的发生，此外，合金元素偏聚形成的团簇、gp区等微结构增加了基体内易钝化元素含量，抑制局部腐蚀的同时可直接参与表面钝化膜形成，促进连续稳定保护性膜层形成，因此本发明实现耐腐蚀性的途径是在现有技术的基础上，从相成分、结构、晶界和相界等方面出发，全方位阻止合金内部组织和表面发生腐蚀。

12、2)加工现有az80m、zk61m以及zm1等商用镁合金所需要人工时效时间分别为8～16h、10～24h以及28～32h(出自现行qj 2906a-2011镁合金热处理行业标准)；而本发明获得的镁合金形成团簇、gp区等微结构所需要的时效时间短，通常在时效1h内即可达到峰值，与现有技术相比，本发明显著缩短了时效时间，简化了工艺流程。

13、3)本发明获得的合金中的平均晶粒尺寸≤8μm，在具有高塑性(≥20％)和高成形性(杯突值≥5.8)的情况下，还能够实现高强度和耐腐蚀性：其中抗拉强度≥275mpa，屈服强度≥230mpa，在3.5wt.％nacl溶液中浸泡7天后的平均析氢量≤0.3ml/cm2/day。

技术特征：

1.一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金，其特征在于：按质量百分比计，所述的合金成分包括：锌：0.8-1.35％，钇：0.04-0.8％，钙：0.1-0.35％，锰：0.05-0.2％，添加元素：0.05-0.3％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁，所述的添加元素为镧、铟、钪中的一种或任意组合；它的制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金，其特征在于：按质量百分比计，所述的锌：1.0-1.25％，钇：0.1-0.7％，钙：0.2-0.3％，锰：0.1-0.15％。

3.根据权利要求1所述的一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金，其特征在于：按质量百分比计，所述的添加元素：0.1-0.25％。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金，其特征在于：步骤(2)所述的多道次变温精密轧制处理为4-6道次，前2-3道次每道次压下量为30％-45％，后2-3道次每道次压下量为15％-25％。

技术总结本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种高强塑、高成形性耐蚀镁合金及其短流程制备方法；所述镁合金成分，按照质量百分比计：锌：0.8‑1.35％，钇：0.04‑0.8％，钙：0.1‑0.35％，锰：0.05‑0.2％，添加元素：0.05‑0.3％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁，所述的添加元素为镧、铟、钪中的一种或任意组合。其制备方法包括：经熔炼、铸轧、均匀化热处理、多道次变温精密轧制、热处理后，获得高强塑、高成形性耐蚀镁合金。本发明获得的镁合金具有高塑性、高成形性、高强度和高耐蚀性等优势，且制备工艺流程短、效率高、可靠，易于推广应用。技术研发人员：李爽,王慧远,王霖倩,郑士建,李宇航,李艳青受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10