[发明专利]改善LPSO增强镁合金耐蚀性的氢化热处理方法及合金

说明书

本发明涉及一种改善LPSO增强镁合金耐蚀性的氢化热处理方法及合金，属于金属材料及冶金类技术领域。通过在合金的热处理过程中引入氢气，使合金表面层LPSO相中的稀土元素与氢结合，生成稀土氢化物REH_x，从而将合金表面层中广泛分布的LPSO相转变成为稀土氢化物相。本发明将氢化热处理工艺运用到含有LPSO相的Mg–RE–Zn–Zr合金的表面处理，通过改变表面层中的第二相组成，达到提高合金耐蚀性的目的；同时，通过综合控制热处理的氢压、温度、反应时间等，将合金表面氢化层厚度控制在0.3mm左右，较薄的氢化层并不会对构件的整体强度产生显著的影响，从而达到提高合金表面层耐蚀性的同时、保持其优异机械强度的目的。

技术领域

本发明涉及一种长周期有序相(long-period stacking ordered，LPSO)增强的稀土镁合金的表面氢化热处理方法及由该方法生成的镁合金，属于金属材料及冶金类技术领域。所述镁合金经过本发明提出的氢化热处理，合金表面层的显微组织发生变化，改善了合金的耐蚀性。

背景技术

Mg–RE(Gd,Y,Nd)–Zn–Zr系合金的组织中存在大量的、在高温下难溶的富稀土化合物。从现有的研究结果来看，这些难溶化合物有LPSO相、I相(准晶)、w相等。人们已经对长周期有序相的结构、成分、分布以及对材料力学性能的影响等进行了广泛的研究。一般认为，LPSO相是一个重要的强化相。富稀土的LPSO相在高温下相当稳定，经过500℃下10小时的固溶处理后其体积分数未见有明显的降低。其在高温下的稳定性有利于提高合金的蠕变抗力，对合金在350℃下的长期服役有积极的意义。由此，LPSO相增强的Mg–RE–Zn–Zr合金由于其优越的蠕变抗力和室温、高温强度，在国防军工、航空航天等领域具有重要的应用前景，是目前高性能耐热镁合金研究的热点。国内外已将这类高强耐热稀土镁合金应用于飞机零部件、导弹舱体与框架等诸多领域。但是，这种合金的耐蚀性较差，限制了其在高盐、高湿沿海地区的服役。

Mg–RE–Zn–Zr合金的腐蚀行为、微观组织与合金耐蚀性之间的关系等已经得到了广泛的研究。一般说来，LPSO相在镁合金中是一个异质相，其腐蚀电位较高，因而会引发合金的点蚀和电偶腐蚀。在LPSO相(阴极)和α-Mg基体(阳极)之间的电偶效应决定了合金的腐蚀速率。

在经过固溶处理的Mg–Gd–Y–Zn–Zr样品表面观察到了保护性稀土氧化膜，其厚度大约1.5μm，在稀土氧化膜的下面可以观察到无LPSO层(LPSO-free层)，LPSO-free层的厚度略低于50μm，在LPSO-free层中几乎没有第二相存在。稀土氧化膜和LPSO-free层的存在大幅度提高了合金的耐蚀性。其原因就在于，稀土氧化膜将镁与腐蚀性介质隔离开来，另一方面，氧化膜下面的LPSO-free层中没有第二相存在，抑制了合金的电偶腐蚀，在LPSO-free层中的腐蚀为均匀腐蚀，与存在LPSO相的表面发生点蚀有明显的不同。经过T6热处理的Mg–Gd–Y–Zn–Zr合金的显微硬度一般不会超过130HV_0.5，相当软。在镁制零部件的加工、运输、装配、服役过程中，难免有表面刮擦、或者与较硬物体的撞击发生，固溶处理中生成的LPSO-free层的厚度不到50μm，刮擦和撞击很容易会造成耐蚀性良好的LPSO-free层的局部破坏，在LPSO-free层破坏以后，紧邻其下面的片状LPSO层会加速腐蚀。近年来，国内外学者在阳极氧化、化学转化膜等方面对提高镁合金的耐蚀性开展了大量的工作。然而，上述研究主要涉及材料的表面涂层技术。实际上，通过表面渗碳、渗氮等来改变钢的表面结构和性质的化学热处理工艺得到了广泛的应用。然而，在不影响合金强度的情况下，仅通过化学热处理改变镁合金表面层组织，从而提高镁合金耐蚀性的研究非常少。