阅读说明：本技术 一种高强度镁稀土合金材料及其制备方法 (High-strength magnesium rare earth alloy material and preparation method thereof ) 是由 何文敬 李蕾 高晓山 张德文 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高强度镁稀土合金材料及其制备方法,包括镁稀土合金本体和镁稀土合金本体表面耐腐蚀膜层,镁合金本体含有的化学元素成分及质量百分比为：镧2.5～3.5％、铈1.5～2.5％、碳0.5～1.0％、锰0.2～0.4％、钒0.10～0.30％、钆0.25～0.50％、钇0.3～0.6％和余量的镁。在电解槽的阴极首先是氯化镁中的镁离子得到电子被还原成金属镁,然后金属镁进一步氧化置换出氯化稀土中的稀土元素,从而形成了均匀致密的镁稀土合金本体,为了调高镁稀土合金本体的抗腐蚀性能,在镁稀土合金本体的表面再涂覆一层耐腐蚀膜层,具有很好的耐盐水腐蚀性能,能够显著提高镁稀土合金本体的实际应用温度。(The invention discloses a high-strength magnesium rare earth alloy material and a preparation method thereof, wherein the high-strength magnesium rare earth alloy material comprises a magnesium rare earth alloy body and a corrosion-resistant film layer on the surface of the magnesium rare earth alloy body, and the magnesium alloy body comprises the following chemical element components in percentage by mass: 2.5-3.5% of lanthanum, 1.5-2.5% of cerium, 0.5-1.0% of carbon, 0.2-0.4% of manganese, 0.10-0.30% of vanadium, 0.25-0.50% of gadolinium, 0.3-0.6% of yttrium and the balance of magnesium. The cathode of the electrolytic cell is characterized in that magnesium ions in magnesium chloride are firstly subjected to electron reduction to form magnesium metal, then the magnesium metal is further oxidized and replaced by rare earth elements in rare earth chloride, so that a uniform and compact magnesium rare earth alloy body is formed, in order to improve the corrosion resistance of the magnesium rare earth alloy body, a corrosion-resistant film layer is further coated on the surface of the magnesium rare earth alloy body, the magnesium rare earth alloy body has good salt water corrosion resistance, and the practical application temperature of the magnesium rare earth alloy body can be obviously improved.)

一种高强度镁稀土合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高强度稀土合金的技术领域，尤其涉及一种高强度镁稀土合金材料及其制备方法。

背景技术

镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，具有比强度高、比刚度高、易加工、易回收等优点，在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场。稀土元素是提高镁合金性能的最有效的元素之一，但由于镁与稀土元素的熔点、密度相差较多，对掺时易于造成合金中稀土元素的成分偏析，因此采用电解法是制备镁稀土中间合金的常用方法。

因此，本发明主要解决镁稀土合金中各成分分布不均匀，导致镁稀土合金耐腐蚀方面、硬度方面和耐高温方面等实际应用效果差的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高强度镁稀土合金材料及其制备方法，主要解决镁稀土合金中各成分分布不均匀，导致镁稀土合金耐腐蚀方面、硬度方面和耐高温方面等实际应用效果差的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种高强度镁稀土合金材料，包括镁稀土合金本体和镁稀土合金本体表面耐腐蚀膜层；所述镁合金本体含有的化学元素成分及质量百分比为：镧2.5～3.5％、铈1.5～2.5％、碳0.5～1.0％、锰0.2～0.4％、钒0.10～0.30％、钆0.25～0.50％、钇0.3～0.6％和余量的镁；

所述耐腐蚀膜层为氧化铈掺杂氧化钇稳定氧化锆涂层。

优选的，一种高强度镁稀土合金材料，所述镁合金本体含有的化学元素成分及质量百分比为：镧3.2％、铈1.6％、碳0.6％、锰0.3％、钒0.15％、钆0.30％、钇0.4％和余量的镁；

优选的，一种高强度镁稀土合金材料，所述耐腐蚀膜层的厚度为10～50μm。

一种高强度镁稀土合金材料的制备方法，包括以下几个步骤，

(1)无水氯化稀土的制备：原料为氯化的镧铈混合稀土，在真空脱水炉中，高温200～250℃，脱水2～5h，完成后得到脱水的氯化稀土；

(2)电解制备镁稀土合金：采用石墨坩埚作为电解池，同时作为阳极，金属钼作为阴极，电解质组成为氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁和(1)所得氯化稀土，电解温度为700～800℃，电流为180～320A，电解时间为1.5～2.5h，完成后在阴极得到镁稀土合金本体；

(3)预处理：将(2)所得镁稀土合金本体制成工件模型，然后用丙酮脱脂处理，在6％左右的氢氧化钠溶液中70℃浸泡10～15min，最后水洗后风干；

(4)耐腐蚀膜层溶胶的制备：以正丙醇为溶剂，配置浓度为0.5mol/L的正丙醇锆和0.5mol/L的硝酸钇，50℃条件下搅拌形成溶胶，然后等体积加入0.5mol/L的硝酸亚铈，得到复合的耐腐蚀膜层溶胶。

(5)耐腐蚀膜层溶胶镀膜：采用浸涂法将(4)所得耐腐蚀膜层溶胶涂覆在(3)所得镁稀土合金本体表面，在150℃条件下保温1.0～1.5h，既得。

优选的，一种高强度镁稀土合金材料的制备方法，所述镧铈混合稀土中镧化合物含量为25～35％、铈化合物含量为10～25％。

优选的，一种高强度镁稀土合金材料的制备方法，所述氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化稀土的质量比为1:3:4.5:200:20。

本发明的优点在于：在电解槽的阴极首先是氯化镁中的镁离子得到电子被还原成金属镁，然后金属镁进一步氧化置换出氯化稀土中的稀土元素，从而形成了均匀致密的镁稀土合金本体，使镁稀土合金本体具有更好的硬度和韧性要求；而为了调高镁稀土合金本体的抗腐蚀性能，在镁稀土合金本体的表面再涂覆一层耐腐蚀膜层，具有很好的耐盐水腐蚀性能，能够显著提高镁稀土合金本体的实际应用温度。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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：

一种高强度镁稀土合金材料，所述镁合金本体含有的化学元素成分及质量百分比为：镧3.2％、铈1.6％、碳0.6％、锰0.3％、钒0.15％、钆0.30％、钇0.4％和余量的镁；所述耐腐蚀膜层为氧化铈掺杂氧化钇稳定氧化锆涂层。

优选的，一种高强度镁稀土合金材料，所述耐腐蚀膜层的厚度为20μm。

一种高强度镁稀土合金材料的制备方法，包括以下几个步骤，

(1)无水氯化稀土的制备：原料为氯化的镧铈混合稀土，在真空脱水炉中，高温220℃，脱水3h，完成后得到脱水的氯化稀土；

(2)电解制备镁稀土合金：采用石墨坩埚作为电解池，同时作为阳极，金属钼作为阴极，电解质组成为氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁和(1)所得氯化稀土，电解温度为700℃，电流为280A，电解时间为2.0h，完成后在阴极得到镁稀土合金本体；

(3)预处理：将(2)所得镁稀土合金本体制成工件模型，然后用丙酮脱脂处理，在6％左右的氢氧化钠溶液中70℃浸泡10～15min，最后水洗后风干；

(4)耐腐蚀膜层溶胶的制备：以正丙醇为溶剂，配置浓度为0.5mol/L的正丙醇锆和0.5mol/L的硝酸钇，50℃条件下搅拌形成溶胶，然后等体积加入0.5mol/L的硝酸亚铈，得到复合的耐腐蚀膜层溶胶。

(5)耐腐蚀膜层溶胶镀膜：采用浸涂法将(4)所得耐腐蚀膜层溶胶涂覆在(3)所得镁稀土合金本体表面，在150℃条件下保温1.2h，既得。

优选的，一种高强度镁稀土合金材料的制备方法，所述镧铈混合稀土中镧化合物含量为30％、铈化合物含量为18％。

优选的，一种高强度镁稀土合金材料的制备方法，所述氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化稀土的质量比为1:3:4.5:200:20。

本发明中，氯化钙含量有助于电解质密度的增加，使合金漂浮于电解槽上部，而不会沉积到电解池底部。

本发明中电解的温度相对较低，较低的温度不仅节省能源消耗，也可以减少镁的损失，增加镁稀土合金的产量，提高电流效率，同时增加合金中的稀土含量。

在电解槽的阴极首先是氯化镁中的镁离子得到电子被还原成金属镁，然后金属镁进一步氧化置换出氯化稀土中的稀土元素，从而形成了均匀致密的镁稀土合金本体，使镁稀土合金本体具有更好的硬度和韧性要求。

而为了调高镁稀土合金本体的抗腐蚀性能，在镁稀土合金本体的表面再涂覆一层耐腐蚀膜层，该膜层由氧化铈掺杂氧化钇稳定氧化锆的涂层，涂层致密均匀，有大量的粒子簇，正常厚度在30μm，使得该膜层不仅具有优良的抗腐蚀性能，实验证明具有很好的耐盐水腐蚀性能，在高温条件下对基体还具有很好的保护效果，能够显著提高镁稀土合金本体的实际应用温度。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。