一种多元微合金化高耐蚀Mg-Al系镁合金板及其制备方法

本发明涉及镁合金材料及塑性加工，具体为一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板及其制备方法。

背景技术：

1、镁合金具有密度低、比强度高、减振性能好等特点，是汽车轻量化、航空航天、轨道交通、电子装备及其他轻量化结构件的重要候选材料。然而，镁的化学活性较高，镁合金在含氯离子环境中容易发生腐蚀，尤其在nacl溶液、盐雾或潮湿服役环境中，腐蚀会导致材料截面减薄、表面损伤和力学性能下降，从而限制其工程应用。

2、普通mg-al系镁合金具有较好的铸造性、加工基础和成本优势，是应用较广的镁合金体系之一。但该类合金仍存在突出问题：合金在含氯环境中的耐蚀性不足，腐蚀行为容易受到杂质元素、第二相形貌和腐蚀产物膜稳定性的影响。

3、现有研究表明，镁合金腐蚀行为对fe、ni、cu等杂质元素较为敏感，mn常被用于降低fe等杂质元素对腐蚀的不利影响。此外，ca可与mg-al系合金形成具有较高稳定性的含ca相，mg-al-ca系合金中的laves相被认为能够对α-mg基体产生强化作用。稀土元素y、ce等则常用于镁合金的组织调控和腐蚀行为改善，但其作用与添加量、第二相状态及加工工艺密切相关，不能简单等同于添加后必然提高所有性能。

4、因此，有必要开发一种多元微合金化调控的mg-al系镁合金，通过al、sr、mn、ca、ce、y等元素的协同作用，并结合合理固溶处理和热轧加工工艺，调控合金元素分布、第二相状态和变形组织，从而获得具有高耐蚀性能的镁合金板材。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有低合金mg-al系镁合金耐腐蚀性能不足的问题，提供一种多元微合金化耐腐蚀镁合金及其制备方法。通过al、sr、mn、ca、ce和y元素的协同合金化设计，并结合固溶处理和轧制工艺，实现合金微观组织及第二相分布的协同调控，从而获得耐腐蚀性能优良的镁合金板材。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板，按质量百分比计，采用以下成分制成：al：2.5～3.5wt.%；sr：0.2～0.6wt.%；mn：0.2～0.6wt.%；ca：0.1～0.4wt.%；ce：0.1～0.4wt.%；y：0.1～0.4wt.%；余量为mg和不可避免杂质。

4、一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，包括以下步骤：

5、s1：熔炼与铸造：按照设计成分称取mg、al以及含sr、mn、ca、ce、y的合金原料，在保护气氛下进行熔炼，使各合金元素充分熔解并均匀分布；待熔体成分稳定后进行浇注，获得mg-al-sr-mn-ca-ce-y多元微合金化镁合金铸锭；

6、s2：固溶处理：将s1所得镁合金铸锭进行固溶处理；

7、s3：热轧前加热：将固溶处理后的镁合金板坯进行热轧前加热；

8、s4：多道次热轧：将热轧前加热后的板坯进行多道次热轧；

9、s5：冷却：热轧完成后，将板材冷却至室温，获得耐蚀性能调控的mg-al-sr-mn-ca-ce-y镁合金板材。

10、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，所述s2中，所述固溶处理温度为380℃～420℃，保温时间为8h～16h。

11、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，所述固溶处理制度为：400℃×12h。

12、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，所述s3中，热轧前加热温度为280℃～330℃，保温时间为10min～30min。

13、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，所述热轧前加热制度为：300℃×15min。

14、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，所述s4中，热轧过程中，单道次压下率为8%～12%，总轧制道次为8～12道次。

15、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，单道次压下率约为10%，共进行10道次热轧。

16、作为本发明所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法的一种优选方案，其中，板材初始厚度为5.4mm，热轧后最终厚度为1.8mm。

17、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

18、第一，本发明采用mg-al-sr-mn-ca-ce-y多元微合金化设计，在mg-al系镁合金基础上复合添加sr、mn、ca、ce和y，通过多元素协同作用调控合金元素分布、第二相状态和组织稳定性，相比单一元素添加方式更有利于实现耐蚀性的优化。本发明通过mn元素化学除杂与保护气氛的协同作用，使铸锭中fe等有害杂质含量维持在较低水平，减少杂质相及其引起的局部电偶腐蚀，进而提升合金组织的均匀性和耐腐蚀性能。

19、第二，本发明采用400℃×12h固溶处理，有利于促进铸态组织均匀化，减轻合金元素偏析，为后续热轧加工提供较稳定的组织基础。

20、第三，本发明采用300℃×15min热轧前加热及10道次热轧工艺，将板材由5.4mm轧制至1.8mm，通过中温多道次塑性变形改善板材组织状态。

21、第四，本发明所得镁合金板材具有较好的耐蚀性能。实施例所得mg-3al-0.4sr-0.4mn-0.2ca-0.2ce-0.2y镁合金板材在3.5wt.%nacl溶液中浸泡7天后，根据析氢法换算得到的平均腐蚀速率为，表明该合金板材在3.5wt.%nacl环境中具有较低的平均腐蚀速率。

1.一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板，其特征在于，按质量百分比计，采用以下成分制成：al：2.5～3.5wt.%；sr：0.2～0.6wt.%；mn：0.2～0.6wt.%；ca：0.1～0.4wt.%；ce：0.1～0.4wt.%；y：0.1～0.4wt.%；余量为mg和不可避免杂质。

2.一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，应用于权利要求1所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，所述s2中，所述固溶处理温度为380℃～420℃，保温时间为8h～16h。

4.根据权利要求3所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，所述固溶处理制度为：400℃×12h。

5.根据权利要求2所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，所述s3中，热轧前加热温度为280℃～330℃，保温时间为10min～30min。

6.根据权利要求5所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，所述热轧前加热制度为：300℃×15min。

7.根据权利要求2所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，所述s4中，热轧过程中，单道次压下率为8%～12%，总轧制道次为8～12道次。

8.根据权利要求7所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，单道次压下率约为10%，共进行10道次热轧。

9.根据权利要求8所述的一种多元微合金化高耐蚀mg-al系镁合金板的制备方法，其特征在于，板材初始厚度为5.4mm，热轧后最终厚度为1.8mm。