一種耐蝕鋅基鋁鎂稀土合金及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于耐蝕金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐蝕鋅基鋁鎂稀土合金及其制備方法。所采用的技術(shù)方案是：將７５～８５ｗｔ％的鋅、０～１ｗｔ％的稀土、１２～１８ｗｔ％的鋁、２～８ｗｔ％的鎂置入加熱爐內(nèi)，加熱至８００～９５０℃熔煉，保溫１０～３０分鐘或用石墨棒攪拌１０～３０分鐘，在５５０～６５０℃條件下進行澆鑄，或澆鑄成預(yù)加工的坯料，或澆鑄成鑄件后加工成微粉。本發(fā)明專利技術(shù)制備的合金不僅具有優(yōu)越的長效耐腐蝕性能和機械性能，還具有熔點低、比重小、成本低等特點。適應(yīng)于制作耐腐蝕機械零件、犧牲陽極材料，尤其適用于加工成微粉制備耐蝕鋅基鋁鎂稀土合金涂料用于鋼鐵結(jié)構(gòu)防護，對長江水域的水利水電、港口、橋梁、船舶等防腐工程都具有重要意義和廣泛應(yīng)用前景。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于耐蝕金屬材料
，尤其涉及。
技術(shù)介紹
目前廣泛用于防腐蝕材料或涂層的金屬材料主要有鋅、鋁、鋅鋁合金、鋁鋅合金等。但在長江水環(huán)境中(1)由于Al的電極電位比鐵還正，故Al已不再具有以犧牲陽極形式保護Fe的功能，同時Al也會發(fā)生孔蝕，用作富Al涂料和噴Al涂層已不能保護鐵，反而會加速鐵的腐蝕。(2)而Zn的腐蝕率太大，尤其對水下的鋼鐵構(gòu)件，受到腐蝕生成白色疏松的腐蝕產(chǎn)物，比原有鋅體積脹大約10倍，易脫落，加大了Zn的損耗。(3)鋅鋁合金雖然比純Zn在海水、淡水中耐蝕性都要好一倍以上，Zn-15Al合金作為犧牲陽極材料雖然可使鋼結(jié)構(gòu)在各種水域中具有很好的耐蝕性能，但其電極電位仍不夠理想。(4)鋁鋅合金作為犧牲陽極保護鋼基體，雖然其發(fā)電量較大，但腐蝕產(chǎn)物不易脫落，影響了犧牲陽極的效率。鎂是極活潑的金屬，電極電位很低，標(biāo)準(zhǔn)電位為-2.37V，比鐵低2V，在3％NaCl水溶液中的穩(wěn)定電位為-1.72V，在人工海水中的穩(wěn)定電位為-1.5V～1.6V。與鋅、鋁金屬相比，鎂的單位面積所發(fā)生的電流最大，鎂的缺點是構(gòu)成電偶時腐蝕太快，有效電流效率低，成本較高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種熔點低、比重小、制備簡單、成本低、電位更負(fù)、既長效耐蝕又具有良好機械性能的耐蝕鋅基鋁鎂稀土(以下表述為Zn-15Al-5Mg-RE)合金，這種合金或制作耐腐蝕零件和構(gòu)件、或作為犧牲陽極材料、或加工成微粉制備耐蝕鋅基鋁鎂稀土合金涂料。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是將75～85wt％的鋅、0～1wt％的稀土、12～18wt％的鋁、2～8wt％的鎂置入加熱爐內(nèi)，加熱至800～950℃熔煉，保溫10～30分鐘或用石墨棒攪拌10～30分鐘，在550～650℃條件下進行澆鑄，或澆鑄成預(yù)加工的坯料，或澆鑄成鑄件后加工成微粉。其中鋅、鋁、鎂及稀土原料的純度為工業(yè)一級或一級以上；稀土為金屬鈰、鑭中的一種或兩種的混合物。加熱爐或為真空感應(yīng)加熱爐、或為感應(yīng)加熱爐、或為保護氣氛加熱爐。用真空感應(yīng)加熱爐熔煉時，將鋅、稀土、鋁、鎂原料一次裝料進行熔煉；用感應(yīng)加熱爐、或保護氣氛加熱爐熔煉時，先將鋅置入加熱爐內(nèi)加熱至800～950℃熔煉，依次加入稀土、鋁，待其完全熔化后再加入鎂；用感應(yīng)加熱爐、或保護氣氛加熱爐熔煉加入鎂時，采用鋁皮包裹鎂，然后用石墨棒壓入合金熔體中熔化。澆鑄成預(yù)加工的坯料或加工后使用、或熱處理后機加工使用。熱處理工藝為，380～400℃退火、360～380℃固溶處理、150～200℃時效；加工成微粉為機械制屑、粉碎、球磨或氣流磨的多級加工；粒度為300目～1200目。由于采用上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)所制備的Zn-15Al-5Mg-RE合金不但具有和鋅、鋁同樣的犧牲陽極的作用，且其自身的腐蝕率卻僅為單質(zhì)鋅、單質(zhì)鋁或其合金的幾分之一。其原因是Zn-15Al-5Mg-RE合金中稀土的作用，細(xì)化了晶粒和組織、減少了枝晶長度和體積分?jǐn)?shù)，組織更加均勻，一方面由于降低了組織中的電位差引起的微電池腐蝕，降低了晶界腐蝕，且具有更負(fù)和更穩(wěn)定的電極電位，因而提高了合金的耐蝕性能，使Zn-15Al-5Mg-RE合金在人工海水、長江水(及其淡水)中具有比純Zn或Zn-15Al合金更好的耐蝕性能，其耐蝕性能比Zn提高5～6倍，比Zn-15Al提高2～3倍；另一方面也大大提高了合金的機械性能和耐磨性，因而所制備的Zn-15Al-5Mg-RE合金具有良好的鑄造、切削加工性能和力學(xué)性能，其力學(xué)性能為抗拉強度σb＝355～468MPa，屈服強度σs＝316～398Mpa，延伸率δ＝2.2～3.0％，硬度HB＝146～168，可作為黃銅、錫青銅、鋁青銅和鉛基巴氏合金的良好替代材料。本專利技術(shù)所制備的Zn-15Al-5Mg-RE合金不僅具有具有優(yōu)越的耐腐蝕性能和機械性能，還具有熔點低、比重小、成本低、電位更負(fù)等特點。所制備的Zn-15Al-5Mg-RE合金適應(yīng)于抗海水腐蝕環(huán)境，尤其適應(yīng)于長江水的電化學(xué)特性和耐蝕性能環(huán)境，對長江水域的水利水電、港口、橋梁、船舶等防腐工程具有重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)作進一步描述實施例1 一種Zn-15Al-5Mg-RE合金構(gòu)件的制備方法將純度為工業(yè)一級的78～83wt％的鋅、0.2～0.8wt％的金屬鈰和鑭、15～16wt％的鋁、3～5wt％的鎂置入感應(yīng)加熱爐內(nèi)熔煉。置入的次序為，先將鋅置入加熱爐內(nèi)加熱至920～950℃，依次加入稀土、鋁，待其完全熔化后再加入鎂。加入鎂時采用鋁皮包裹鎂，再用石墨棒壓入合金熔體中熔化，然后用石墨棒攪拌10～30分鐘。在600～650℃條件下澆鑄成預(yù)加工的坯料，最后將坯料直接加工成耐腐蝕構(gòu)件。實施例2 一種Zn-15Al-5Mg-RE合金的制備方法將純度至少達(dá)工業(yè)一級的78～83wt％的鋅、0.2～0.8wt％的金屬鈰、15～16wt％的鋁、3～5wt％的鎂一次置入真空感應(yīng)加熱爐內(nèi)，加熱至810～850℃熔煉，保溫10～30分鐘，在550～650℃條件下澆鑄成預(yù)加工的坯料。坯料經(jīng)熱處理、機加工后使用，熱處理工藝為380℃～400℃退火、360℃～380℃固溶處理，然后150℃～200℃時效。本實施例1、2不僅具有熔點低、比重小、成本低等優(yōu)點，并具有較純鋅或Zn-Al合金、或鋅鍍層、或Zn-Al合金鍍層更低的電極電位和更長效的耐腐蝕性能，特別適應(yīng)于長江水環(huán)境中的電化學(xué)特性和耐蝕性能，對長江水域的水利水電、港口、橋梁、船舶等防腐工程具有重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。其使用效果的比較例如下比較例1 Zn-Al合金試樣在長江水中浸泡35天，表面開始有細(xì)微的白色斑點，隨時間的推移，白色斑點逐漸變大，表面還出現(xiàn)了黑色的塊狀薄膜，浸泡70天，Zn-Al合金的表面覆蓋了一層白色析出物；而本實施例在長江水中浸泡120天，其表面沒有明顯的變化。比較例2 在長江水中進行40天的電極電位測試Zn-Al合金在-950mV左右浮動，而本實施例在-1025mV左右浮動，其電位比鐵的電位要負(fù)得更多，故本實施例具有更好的耐蝕效果。比較例3 在3.5％NaCl常溫水溶液中，當(dāng)腐蝕14小時后Zn-15Al合金試樣表面有較多的白色析出物，而且析出物可以連成線；Zn-15Al-5Mg-RE合金試樣表面有個別白色析出物。腐蝕168小時后，Zn-15Al合金表面的白色析出物已成鏈條狀，Zn-15Al-5Mg-RE合金表面的白色點狀物略有增大。測試Zn-15Al合金的電極電位在-1025～-1030mV波動，而本實施例的電極電位在-1055～-1063mV波動。表明本實施例對Fe更具有犧牲陽極保護作用。在40℃和60℃的3.5％NaCl水溶液中，本實施例的電極電位始終穩(wěn)定在-1035mV左右；而Zn-15Al合金的電位偏高，且一直在上升，這可能是受到了腐蝕產(chǎn)物的影響。很明顯在無論在常溫、40℃和60℃的3.5％NaCl溶液中，本實施例的陰極保護作用更優(yōu)越。比較例4 鹽霧腐蝕(35℃，3.5％NaCl)，其中Al試片47小時出現(xiàn)孔蝕點，Zn試片68小時出現(xiàn)鋅白，Zn-15Al試片295小時表面出現(xiàn)大量粉末覆蓋，試樣呈會褐色，而本實施例650小時才出現(xiàn)少量白色粉末。比較例5 室溫3.5％NaCl水溶本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種耐蝕鋅基鋁鎂稀土合金的制備方法，其特征在于將７５～８５ｗｔ％的鋅、０～１ｗｔ％的稀土、１２～１８ｗｔ％的鋁、２～８ｗｔ％的鎂置入加熱爐內(nèi)，加熱至８００～９５０℃熔煉，保溫１０～３０分鐘或用石墨棒攪拌１０～３０分鐘，在５５０～６５０℃條件下澆鑄，或澆鑄成預(yù)加工的坯料，或澆鑄成鑄件后加工成微粉。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：從善海，邱從明，付強，吳潤，邱玲慧，
申請(專利權(quán))人：武漢科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：83[中國|武漢]