CN101565789A - 延性镁合金 - Google Patents

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沃尔夫冈·迪策尔
安德烈·迪策
克里斯蒂亚娜·沙夫
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Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀的延性镁合金，所述镁合金可利用合理的能量消耗由不纯的含铜的前体或废料来制造并具有延性，使得其可用作铸造或可加工材料。所述镁合金相对于其总重量包含：1－9wt.％的铝、0.6－6wt.％的锌、0.1－2wt.％的锰、0－2wt.％的稀土元素、0.5－2wt.％的铜，其中铝对锌的重量百分比之比为1∶1～2∶1。

Description

延性镁合金
技术领域
本发明涉及一种耐腐蚀的镁合金。
背景技术
已知如果镁合金中铜、铁和镍的含量非常小那么该合金耐腐蚀。在AZ(具有铝和锌的镁)、AM(具有铝和锰的镁)、AS(具有铝和硅的镁)和AJ(具有铝和锶的镁)类的合金中，最大允许含量主要设定为250ppm的铜、10ppm的镍和50ppm的铁。根据Bakke等人的Soc.AutomotiveEngineers，论文1999-01-0926，1999，1-10页和Kammer(主编)：Magnesiumtaschenbuch，Aluminiumverlag Düsseldorf，2000，第一版，如果超过铜、镍和/或铁的最大允许含量，那么主要由于点蚀而产生显著腐蚀。
可利用远小于原生合金的能量消耗来制造次生镁合金，但是次生镁合金不可避免地包含量高于最大允许含量的铜、镍和铁。通过循环利用购买废料，只能以很高的成本才可制造、或者根本无法制造铜、镍和/或铁含量低于最大允许含量的镁合金。然而，由WO 2007/009435A1可知一种耐腐蚀的次生镁合金。尽管铜和镍含量较高，但是WO 2007/009435A1公开的镁合金显示了可与高纯度原生镁合金相当或更好的耐腐蚀性能，并且包含10-20wt.％的铝、2.5-10wt.％的锌、0.1-2wt.％的锰、0.3-2wt.％的铜和/或最高至1.5wt.％的总镍、钴、铁、硅、锆、铍。然而，这些合金具有比较脆的缺点，这使得它们无法用于某些加工方法诸如挤压、锻造、轧制，也无法用于需要经由塑性变形来吸收能量的应用。
发明内容
因此，本发明提供耐腐蚀的镁合金，该镁合金可以通过循环利用购买的废料而不需要很高的能量消耗来制备并且是延性的。
通过下述镁合金可实现该目的：该镁合金相对于其总重量包含：1-9wt.％的铝、0.6-6wt.％的锌、0.1-2wt.％的锰、0-2wt.％的稀土元素、0.5-2wt.％的铜，其中铝对锌的重量百分比之比为1∶1～2∶1。由从属权利要求可得到优选实施方案。
出人意料地发现，虽然根据本发明的镁合金中铜含量较高，但是与高纯度原生镁合金相比，其耐腐蚀性同样良好。此外，根据本发明的镁合金保持延性。
根据本发明的镁合金的铝含量相对于所述镁合金的总重量优选为2-7.5wt.％，更优选为3-6wt.％。根据本发明的镁合金的锌含量相对于所述镁合金的总重量优选为1-5wt.％，更优选为2-4wt.％。根据本发明的镁合金的锰含量优选为0.1-1wt.％，更优选为0.2-0.75wt.％。根据本发明的镁合金的铜含量优选为0.5-1wt.％，更优选为0.5-0.7wt.％。
此外，出人意料地发现，通过加入稀土诸如铈、钕、钇、钪、钆或其混合物，耐腐蚀性进一步得到改善。特别地，可因此减小镍的负面影响(如果镍存在的话)。总的稀土元素含量相对于镁合金的总重量优选为最高至2wt.％。
根据本发明的镁合金可还包含镍、铁和/或硅。镍含量相对于镁合金的总重量优选小于0.005wt.％，更优选小于0.001wt.％，进一步优选小于0.0005wt.％。铁含量相对于镁合金的总重量应小于0.05wt.％，优选小于0.01wt.％，更优选小于0.005wt.％，硅含量相对于镁合金的总重量应小于0.1wt.％，优选小于0.05wt.％。
通过熔化包含铜、镍和/或铁的废料或不纯的镁前体，之后将所述合金中各组分的含量设定为对应根据本发明的镁合金，可作为次生合金制造根据本发明的镁合金。可以以合适的成本并利用相对小的能量消耗来制造这种镁合金。
根据本发明的镁合金可用作铸造材料(砂箱铸件、锭铸件、模铸件和半固体铸件)和作为可加工材料(kneading material)用于挤压、锻造、轧制等。
具体实施方式
实施例：
现在将借助于以下实施例更详细地说明本发明。根据DIN 50021，使用盐雾试验和在3.5％的氯化钠溶液中浸渍，来进行对比腐蚀检验。在浸渍测量中，通过测量氢的产生量来确定腐蚀速率。在盐雾试验中，确定质量损失。
在表1中，将根据本发明的镁合金(AMZC)、纯的含锌的镁合金(AMZ503)、纯的AM50合金以及铜改性的AM 50合金(AMC)的腐蚀速率进行比较。表1中列出的镁合金的铝、锌、锰、铜、镍、铁和硅的含量(以wt.％计)如表2所示，表3显示根据本发明的合金、根据WO 2007/009435A1的对比合金AMZ501、AMZ502、AMZ505和AM50以及AZC1231的机械性能，其中余量始终为镁。
表1：
  合金  腐蚀速率盐雾试验(mm/年)   腐蚀速率浸渍(mm/年)
  AMZC   0.6   1.7
  AMZ503   0.17   1.1
  AM50   0.63   4.5
  AMC   8.99   32.9
  AZC1231   1.00   6.57
表2：
  合金   Al   Zn   Mn   Cu   Ni   Fe   Si
  AMZC   5.59   3.18   0.25   0.54   0.00014   0.0013   0.026
  AMZ503   5.3   3.19   0.25   0.0077   0.00021   0.0015   0.028
  AM50   4.9   0.02   0.26   0.0077   0.00017   0.00068   0.026
  AMC   4.84   0.023   0.26   0.52   0.000082   0.00092   0.028
  AZC1231   11.7   3.04   0.48   0.47   0.0032   0.0087   0.39
表3：
  合金  屈服点(MPa)  拉伸强度(MPa)   断裂延伸率(％)
  AMZC   73   226   10.9
  AMZ501   67   214   13.2
  AMZ502   65   207   10.2
  AMZ505   67   193   11.2
  AM50   54   199   13.2
  AZC1231   152   189   0.5
数据显示根据本发明的镁合金(AMZC)的腐蚀速率可与纯合金AMZ503和AM 50的腐蚀速率相当或甚至有改善。另一方面，铜改性的AM 50合金显示出不可接受的腐蚀速率。
不希望限于理论，认为根据本发明的镁合金的显微组织的特征在于次生相含量低和β相Mg17Al12的改变。与从WO 2007/009435A1已知的合金不同，次生相不形成网络组织。这对于根据本发明的合金的延性具有积极效果，如表3所示。推测β相通过与锌发生合金化而得到改变，并且部分被四元MgAlZnCu相替代和抑制。局部元素形成者(local elementformers)铜、镍、钴和铁以及它们的金属间相束缚在该相中，镍、钴和铁还另外通过Al8Mn5相而束缚，从而它们对耐腐蚀性的负面影响显著减小。另一方面，纯AM 50合金的显微组织主要包含β相作为次生相，该次生相通过局部元素形成作用促进腐蚀而没有形成作为网络。因此，根据本发明的合金可容忍较高的铜、镍、钴和铁含量。锌和铜含量增加了合金的强度，而没有显著影响延性(见表3)，此外使得合金更耐蠕变。而且，和纯合金AMZ 503或AM 50不同，通过熔化包含铜、镍和/或铁的废料或不纯的前体，其后可设定所述合金的各组分含量，可采用合理的能量消耗来制造根据本发明的镁合金作为次生合金。

Claims (11)

1.一种镁合金，相对于所述镁合金的总重量包含：1-9wt.％的铝、0.6-6wt.％的锌、0.1-2wt.％的锰、0-2wt.％的稀土元素、0.5-2wt.％的铜，其中铝对锌的重量百分比之比在1∶1～2∶1范围内。
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于铝含量相对于所述镁合金的总重量为2-7.5wt.％。
3.根据权利要求1或2中任意一项所述的镁合金，其特征在于锌含量相对于所述镁合金的总重量为1-5wt.％。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的镁合金，其特征在于锰含量相对于所述镁合金的总重量为0.1-1wt.％。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的镁合金，其特征在于铜含量相对于所述镁合金的总重量为0.5-1wt.％。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的镁合金，其特征在于其还包含镍、铁和/或硅。
7.根据权利要求6所述的镁合金，其特征在于镍含量相对于所述镁合金的总重量为小于0.005wt.％。
8.根据权利要求6或7中任意一项所述的镁合金，其特征在于铁含量相对于所述镁合金的总重量为小于0.01wt.％。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的镁合金，其特征在于硅含量相对于所述镁合金的总重量为小于0.1wt.％。
10.制造根据权利要求1-9中任意一项所述的镁合金的方法，其特征在于：将不纯的包含铜的前体或镁废料熔化，然后根据权利要求1-9中任意一项来设定所述合金的各组分含量。
11.根据权利要求1-9中任意一项的镁合金作为铸造和/或可加工材料的用途。
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