CN113462911B - 一种强韧耐蚀az80镁合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镁合金技术领域，提供了一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法，先将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，再依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理。本发明采用雾化沉积处理避免了合金的枝晶偏析和组织粗大；采用等通道角挤压变形细化晶粒，改善材料韧性，并且等通道角挤压变形后形成的超细晶微结构可以改善微弧氧化处理的成膜过程，提高合金表面氧化膜的致密性；采用微弧氧化处理在AZ80镁合金表面形成陶瓷层，提高合金耐蚀性。实施例的结果显示，本发明提供的AZ80镁合金的抗拉强度为347MPa，拉伸断裂伸长率为12.5％，全浸泡腐蚀速率为3.5×10‑4mg·cm‑ 2h‑1。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金技术领域，尤其涉及一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法。
背景技术
在现有的工程用金属材料中，镁合金作为最轻的金属结构材料之一，被誉为是“21世纪绿色工程材料”，同时镁合金还具有较高的比强度及比刚度、良好的铸造性和尺寸稳定性、高阻尼、电磁干扰屏蔽性能好和回收利用率高等优点，广泛用于航空航天、电子通讯、车辆制造和国防科技等领域。
AZ80镁合金作为镁合金中的一种，表现出了优良的力学性能，然而与钢、铝合金等金属相比，由于镁合金特殊的密排六方的晶格结构，在室温成型时可开动的滑移系非常有限，导致其在室温环境下的韧性较差且强度偏低，很难进行变形加工，进而严重制约了AZ80镁合金的发展，因此开发高性能的AZ80镁合金具有重要意义。
与此同时，镁的化学性质较为活泼，其标准电极电位为-2.37V，因此即使在自然环境下AZ80镁合金表面生成了氧化膜，也不能够有效的保护金属基体在高温高盐雾等恶劣环境下腐蚀的发生，而这也限制了AZ80镁合金在工业中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法，本发明提供的制备方法制备的AZ80镁合金具有良好的强度和韧性，同时耐腐蚀性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；
(2)将所述步骤(1)得到的沉积态AZ80镁合金坯锭依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理，得到强韧耐蚀AZ80镁合金。
优选地，所述步骤(1)中喷射雾化沉积处理的喷射温度为740～760℃，喷射角度为10～30°。
优选地，所述步骤(1)中喷射雾化沉积处理的雾化压力为0.5～0.7MPa，气液流速比为1.6～1.8。
优选地，所述步骤(1)中喷射雾化沉积处理的接收盘转速为30～60rpm，接收盘下降速度为2～5mm/s。
优选地，所述步骤(2)中均匀化处理的温度为360～400℃，均匀化处理的时间为12～16h。
优选地，所述步骤(2)中等通道角挤压变形的温度为250～300℃，速度为2～4mm/min，道次为6、10或12次。
优选地，所述步骤(2)中等通道角挤压变形的工艺路线为BC，背压力为160～180MPa。
优选地，所述步骤(2)中微弧氧化处理的外加电压为380～420V，占空比为15～30％，频率为400～600Hz，时间为20～25min。
优选地，所述步骤(2)中微弧氧化处理的电解液组成包括：Na2SiO3 15～20g/L，NaOH 25～30g/L，Na2B4O7 25～30g/L和磁性镍粉体4g/L。
优选地，所述步骤(1)中AZ80镁合金中包括以下质量百分含量的组分：Al 7.89～8.85％，Zn 0.39～0.50％，Mn 0.23～0.50％，Cu 0.05～0.1％，Si 0.02～0.05％，Fe 0.01～0.03％，余量为Mg。
本发明提供了一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法，包括以下步骤：将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；将所述沉积态AZ80镁合金坯锭依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理，得到强韧耐蚀AZ80镁合金。本发明通过采用雾化沉积处理避免了合金的枝晶偏析和组织粗大，也避免了合金与氧气的接触，减小了合金的氧化程度；通过采用等通道角挤压变形可以细化晶粒，改善材料韧性，并且等通道角挤压变形后形成的超细晶微结构可以改善微弧氧化处理的成膜过程，提高合金表面氧化膜的致密性；通过采用微弧氧化处理在AZ80镁合金表面形成了陶瓷层，且陶瓷层表面呈微米级多孔结构，有利于提高合金的耐蚀性。实施例的结果显示，本发明提供的AZ80镁合金的抗拉强度为347MPa，拉伸断裂伸长率为12.5％，全浸泡腐蚀速率为3.5×10-4mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为0.7041μA/cm2，阻抗值为8082000ohms·cm2。
具体实施方式
本发明提供了一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；
(2)将所述步骤(1)得到的沉积态AZ80镁合金坯锭依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理，得到强韧耐蚀AZ80镁合金。
本发明将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭。本发明通过采用雾化沉积处理避免了合金的枝晶偏析和组织粗大，也避免了合金与氧气的接触，减小了合金的氧化程度，有利于提高合金的强度和耐蚀性，且工序简单，成本低，提高了生产效率。
本发明对所述AZ80镁合金的组成及来源没有特殊的限定，本发明提供的强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法适用于本领域技术人员熟知的AZ80镁合金。在本发明中，所述AZ80镁合金优选包括以下质量百分含量的组分：Al 7.89～8.85％，Zn 0.39～0.50％，Mn 0.23～0.50％，Cu 0.05～0.1％，Si 0.02～0.05％，Fe 0.01～0.03％，余量为Mg，更优选为Al7.89％，Zn 0.39％，Mn 0.23％，Cu 0.05％，Si 0.02％，Fe 0.01％，余量为Mg。
在本发明中，所述喷射雾化沉积处理的喷射温度优选为740～760℃，更优选为750～760℃；喷射角度优选为10～30°，更优选为20～30°；雾化介质优选为高纯氮气；雾化压力优选为0.5～0.7MPa，更优选为0.6～0.7MPa；气液流速比优选为1.6～1.8，更优选为1.6；接收盘转速优选为30～60rpm，更优选为50～60rpm；接收盘下降速度优选为2～5mm/s，更优选为4～5mm/s。本发明优选将所述喷射雾化沉积处理的工艺参数控制在上述范围，有利于得到组织均匀的致密化AZ80镁合金坯锭。
喷射雾化沉积处理完成后，本发明优选去除所述沉积态AZ80镁合金坯锭的表皮和飞边，并制成尺寸为18mm×18mm×60mm的坯锭。在本发明中，所述坯锭的制备方法优选为电火花线切割法。
得到沉积态AZ80镁合金坯锭后，本发明将所述沉积态AZ80镁合金坯锭依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理，得到强韧耐蚀AZ80镁合金。
在本发明中，所述均匀化处理的温度优选为360～400℃，更优选为380～390℃；所述均匀化处理的时间优选为12～16h，更优选为14～15h。本发明对所述均匀化处理的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的均匀化处理的技术方案即可。本发明通过均匀化处理使合金铸锭成分均匀化、消除成分偏析和组织不均匀性。
本发明优选将所述均匀化处理后的AZ80镁合金置于润滑剂润滑过的等通道角挤压变形模具中进行保温处理，再进行等通道角挤压变形。在本发明中，所述润滑剂优选包括二硫化钼或石墨粉与煤油的混合物，更优选为石墨粉与煤油的混合物；所述保温处理的温度优选为150～300℃，更优选为230～280℃；保温处理的时间优选为10～20min，更优选为20min。
在本发明中，所述等通道角挤压变形的温度优选为250～300℃，更优选为250～280℃；所述等通道角挤压变形的速度优选为2～4mm/min，更优选为2mm/min。在本发明中，所述等通道角挤压变形的速度过快易出现裂纹，速度过慢浪费能源。在本发明中，所述等通道角挤压变形的道次优选为6、10或12次，更优选为10或12次。本发明优选将所述等通道角挤压变形的道次控制在上述范围，有利于提高组织均匀性。本发明采用等通道角挤压变形可以细化晶粒，改善材料韧性，并且等通道角挤压变形后形成的超细晶微结构可以改善微弧氧化处理的成膜过程，提高合金表面氧化膜的致密性，进而提高了AZ80镁合金的耐蚀性能。
在本发明中，所述等通道角挤压变形的工艺路线优选为BC；本发明采用Bc工艺路线，相邻挤压道次之间样品旋转90°，有利于提高组织均匀性。在本发明中，所述等通道角挤压变形的背压力优选为160～180MPa，更优选为170～180MPa。在本发明中，所述等通道角挤压变形的背压力用于调节模具里的压力平衡，将其控制在上述范围，有利于使塑性变形更稳定。
本发明优选将所述等通道角挤压变形后的AZ80镁合金依次进行切割、打磨、抛光和清洗，再进行微弧氧化处理。本发明对所述切割、打磨、抛光和清洗的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的切割、打磨、抛光和清洗的技术方案即可。在本发明中，所述切割的尺寸优选为12mm×12mm×12mm；所述打磨优选为用砂纸逐级打磨至1600#；所述抛光的材料优选为抛光布；所述清洗优选为先用丙酮清洗，再用无水乙醇清洗；所述无水乙醇清洗优选在超声的条件下进行，所述无水乙醇清洗的时间优选为15～20min。
在本发明中，所述微弧氧化处理的外加电压优选为380～420V，更优选为400～420V；占空比优选为15～30％，更优选为20～25％；频率优选为400～600Hz，更优选为550～600Hz；时间优选为20～25min，更优选为25min。在本发明中，所述微弧氧化处理的电压过高、时间过久，腐蚀越厉害，对合金的强度和耐蚀性能不利。本发明对所述微弧氧化处理的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的微弧氧化处理的技术方案即可。本发明通过采用微弧氧化处理在AZ80镁合金表面形成了陶瓷层，且陶瓷层表面呈微米级多孔结构，有利于提高合金的耐蚀性。
在本发明中，所述微弧氧化处理的电解液组成优选包括：Na2SiO3 15～20g/L，NaOH25～30g/L，Na2B4O7 25～30g/L和磁性镍粉体4g/L，更优选为Na2SiO3 20g/L，NaOH 25g/L，Na2B4O7 25g/L和磁性镍粉体4g/L。在本发明中，所述NaOH为电解液的主要成分，Na2SiO3、Na2B4O7和磁性镍粉体的添加有利于提高微弧氧化陶瓷层的耐蚀性能，进而提高AZ80镁合金的耐蚀性能。本发明优选采用上述电解液用于微弧氧化处理，腐蚀液浓度越大，腐蚀越厉害，容易出现沿晶界断裂。在本发明中，所述AZ80镁合金作为阳极与微弧氧化电源相连，所述阴极优选为不锈钢板。
本发明提供的制备方法通过先将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，再依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理，进而得到了强韧耐蚀AZ80镁合金。本发明通过采用雾化沉积处理避免了合金的枝晶偏析和组织粗大，也避免了合金与氧气的接触，减小了合金的氧化程度；通过采用等通道角挤压变形可以细化晶粒，改善材料韧性，并且等通道角挤压变形后形成的超细晶微结构可以改善微弧氧化处理的成膜过程，提高合金表面氧化膜的致密性；通过采用微弧氧化处理在AZ80镁合金表面形成了陶瓷层，且陶瓷层表面呈微米级多孔结构，有利于提高合金的耐蚀性。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；其中，喷射温度为760℃，喷射角度为30°，雾化介质为高纯氮气，雾化压力为0.6MPa，接收盘转速为50rpm，接收盘下降速度为4mm/s，气液流速比为1.6，AZ80镁合金的组分为以下质量百分含量：7.89％Al，0.39％Zn，0.23％Mn，0.05％Cu，0.02％Si，0.01％Fe，余量为Mg。
(2)将步骤(1)得到的沉积态AZ80镁合金坯锭去除表皮和飞边，并通过电火花线切割法制成尺寸为18mm×18mm×60mm的坯锭，之后在390℃下均匀化处理14h，打磨光滑后置于经石墨粉与煤油的混合物润滑过的等通道角挤压变形模具中随炉加热至230℃保温20min，再施加180MPa压力进行连续6道次等通道角挤压变形，变形温度为250℃，变形速度为2mm/min；测得室温抗拉强度为321MPa，断裂伸长率为14％，全浸泡腐蚀速率为4.1mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为133μA/cm2，阻抗值为350ohms·cm2。
(3)将步骤(2)经过等通道角挤压变形处理后的AZ80镁合金切割成12mm×12mm×12mm的立方试件，再用砂纸逐级打磨至1600#、抛光布抛光，用丙酮进行表面清洗，并在无水乙醇中超声波清洗15min后放入电解液中，立方试件作为阳极与微弧氧化电源相连，不锈钢板与电源相连作为阴极，外加电压为420V，占空比为25％，频率为600Hz，微弧氧化处理25min后，得到强韧耐蚀AZ80镁合金；其中，电解液组成为：Na2SiO3 20g/L，NaOH 25g/L，Na2B4O7 25g/L，磁性镍粉体4g/L；测得室温抗拉强度为321MPa，断裂伸长率为14％，全浸泡腐蚀速率为3.3×10-4mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为0.6894μA/cm2，阻抗值为7895000ohms·cm2。
实施例2
(1)将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；其中，喷射温度为760℃，喷射角度为30°，雾化介质为高纯氮气，雾化压力为0.6MPa，接收盘转速为50rpm，接收盘下降速度为4mm/s，气液流速比为1.6，AZ80镁合金的组分为以下质量百分含量：7.89％Al，0.39％Zn，0.23％Mn，0.05％Cu，0.02％Si，0.01％Fe，余量为Mg。
(2)将步骤(1)得到的沉积态AZ80镁合金坯锭去除表皮和飞边，并通过电火花线切割法制成尺寸为18mm×18mm×60mm的坯锭，之后在390℃下均匀化处理14h，打磨光滑后置于经石墨粉与煤油的混合物润滑过的等通道角挤压变形模具中随炉加热至230℃保温20min，再施加180MPa压力进行连续10道次等通道角挤压变形，变形温度为250℃，变形速度为2mm/min；测得室温抗拉强度为334MPa，拉伸断裂伸长率为13％，全浸泡腐蚀速率为4.5mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为137μA/cm2，阻抗值为366ohms·cm2。
(3)将步骤(2)经过等通道角挤压变形处理后的AZ80镁合金切割成12mm×12mm×12mm的立方试件，再用砂纸逐级打磨至1600#、抛光布抛光，用丙酮进行表面清洗，并在无水乙醇中超声波清洗15min后放入电解液中，立方试件作为阳极与微弧氧化电源相连，不锈钢板与电源相连作为阴极，外加电压为420V，占空比为25％，频率为600Hz，微弧氧化处理25min后，制得强韧耐蚀AZ80镁合金；其中，电解液组成为：Na2SiO3 20g/L，NaOH 25g/L，Na2B4O7 25g/L，磁性镍粉体4g/L；测得室温抗拉强度为334MPa，拉伸断裂伸长率为13％，全浸泡腐蚀速率为3.6×10-4mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为0.6984μA/cm2，阻抗值为8012000ohms·cm2。
实施例3
(1)将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；其中，喷射温度为760℃，喷射角度为30°，雾化介质为高纯氮气，雾化压力为0.6MPa，接收盘转速为50rpm，接收盘下降速度为4mm/s，气液流速比为1.6，AZ80镁合金的组分为以下质量百分含量：7.89％Al，0.39％Zn，0.23％Mn，0.05％Cu，0.02％Si，0.01％Fe，余量为Mg。
(2)将步骤(1)得到的沉积态AZ80镁合金坯锭去除表皮和飞边，并通过电火花线切割法制成尺寸为18mm×18mm×60mm的坯锭，之后在390℃下均匀化处理14h，打磨光滑后置于经石墨粉与煤油的混合物润滑过的等通道角挤压变形模具中随炉加热至230℃保温20min，再施加180MPa压力进行连续12道次等通道角挤压变形，变形温度为250℃，变形速度为2mm/min；测得室温抗拉强度为347MPa，拉伸断裂伸长率为12.5％，全浸泡腐蚀速率为4.4mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为138μA/cm2，阻抗值为380ohms·cm2。
(3)将步骤(2)经过等通道角挤压变形处理后的AZ80镁合金切割成12mm×12mm×12mm的立方试件，再用砂纸逐级打磨至1600#、抛光布抛光，用丙酮进行表面清洗，并在无水乙醇中超声波清洗15min后放入电解液中，立方试件作为阳极与微弧氧化电源相连，不锈钢板与电源相连作为阴极，外加电压为400V，占空比为20％，频率为550Hz，微弧氧化处理25min后，制得强韧耐蚀AZ80镁合金；其中，电解液组成为：Na2SiO3 20g/L，NaOH 25g/L，Na2B4O7 25g/L，磁性镍粉体4g/L；测得室温抗拉强度为347MPa，拉伸断裂伸长率为12.5％，全浸泡腐蚀速率为3.5×10-4mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为0.7041μA/cm2，阻抗值为8082000ohms·cm2。
由以上实施例可以看出，本发明提供的制备方法制备的强韧耐蚀AZ80镁合金具有良好的强度和韧性，同时耐腐蚀性能优异；合金的室温抗拉强度为347MPa，拉伸断裂伸长率为12.5％，全浸泡腐蚀速率为3.5×10-4mg·cm-2h-1，腐蚀电流密度为0.7041μA/cm2，阻抗值为8082000ohms·cm2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种强韧耐蚀AZ80镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将AZ80镁合金熔体进行喷射雾化沉积处理，得到沉积态AZ80镁合金坯锭；所述喷射雾化沉积处理的喷射温度为740~760℃，喷射角度为10~30°，雾化压力为0.5~0.7MPa，气液流速比为1.6~1.8，接收盘转速为30~60rpm，接收盘下降速度为2~5mm/s；
所述AZ80镁合金由以下质量百分含量的组分组成：Al 7.89~8.85％，Zn 0.39~0.50％，Mn 0.23~0.50％，Cu 0.05~0.1％，Si 0.02~0.05％，Fe 0.01~0.03％，余量为Mg；
(2)将所述步骤(1)得到的沉积态AZ80镁合金坯锭依次进行均匀化处理、等通道角挤压变形和微弧氧化处理，得到强韧耐蚀AZ80镁合金；所述均匀化处理的温度为360~400℃，均匀化处理的时间为12~16h；所述等通道角挤压变形的温度为250~300℃，速度为2~4mm/min，道次为6、10或12次。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中等通道角挤压变形的工艺路线为BC，背压力为160~180MPa。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中微弧氧化处理的外加电压为380~420V，占空比为15~30％，频率为400~600Hz，时间为20~25min。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中微弧氧化处理的电解液组成包括：Na2SiO3 15~20g/L，NaOH 25~30g/L，Na2B4O7 25~30g/L和磁性镍粉体4g/L。
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