[发明专利]镁基合金

说明书

发明领域

本发明涉及以镁为基础的可变形合金的成分和结构，所述合金具 有最佳力学性能如强度、可塑性等，或者耐腐蚀性(包括在体内)。新 型合金在室温下具有良好的可成形性，在氯化钠溶液和生物体中具有 高腐蚀稳定性，以及良好的耐热性。它们可用于各种技术领域。

发明背景

镁，一种轻金属，在制造业如汽车和航天工业中是有吸引力的材 料，可用于制造笔记本电脑、移动电话等。但是，它具有相当低水平 的强度、韧性和可塑性，原因在于h.c.p.晶体结构。另外，因为镁具有 强化学活性，所以耐腐蚀性低。因此，在一些工业领域中使用镁的唯 一方法是制造具有改善性能的镁基合金。

虽然合金化元素对镁合金的力学和腐蚀性能的影响已在二元系 统中得到充分研究，但在多组分合金中它们的相互(即：组合、连接、 聚集等)影响可变得复杂和不可预期。因此，所选基本合金化元素及其 在合金中的相互关系对其性能具有决定性影响。

根据附加的合金化元素如锂、铝、锌、钇等将工业镁合金分成几 类。例如，在ASTM规定中有几类镁合金，以锂为基础-LA(Mg-Li-Al)、 LAE(Mg-Li-Al-P3M)，以铝为基础-AM(Mg-Al-Mn)、AZ(Mg-Al-Zn)、 AE(Mg-Al-RE)，其中RE代表稀土金属，以锌为基础-ZK(Mg-Zn-Zr)、 ZE(Mg-Zn-RE)和ZH(Mg-Zn-Th)；或以钇为基础-WE(Mg-Y-Nd-Zr) 等。

许多专利描述具有更复杂成分的合金，不能清楚地指定为ASTM 规定中的任何一类。开发这些合金的主要目的是改善可用于各种技术 领域的镁的某些性能。通过改变硬化和塑性变形机制的工作组合 (worked combination)，控制镁合金和具有固定成分的其它金属合金的 力学性能。后者可转而通过改变合金的结构条件以及使用特殊热处理 进行调节。

镁的腐蚀率明显依赖其纯度。例如，在4％氯化钠水溶液中，纯 度为99.9％的镁的腐蚀率为纯度为99.99％的镁的几百倍。

合金的合金化元素、它们的分布及其形成的化学化合物的成分也 影响对腐蚀的耐受性。镁合金的腐蚀率取决于合金的结构条件及其制 造方法。另外，一些杂质可改变对其它合金化元素容许范围的要求。 因此，将一些铝引入镁基合金中可增加其它合金化元素对合金腐蚀率 的影响。

预计本发明的合金主要在室温下使用，用于需要好的可成形性和 高腐蚀稳定性的应用。因此下文关于改善镁合金的力学和腐蚀性能的 在先的发展将视为在指定温度条件下进行。只部分考虑在提高温度和 高温下镁合金强度-、抗蠕变性-和腐蚀特征的改善数据。该数据将下 降，因为虽然在室温下将保持改善此类合金的强度，但在这些条件下 可塑性特征可明显降低。

除非另外说明，否则对已知镁合金性能的描述涉及20-50℃范围 的温度，合金的成分将用重量百分数表示。(注意：虽然最常使用定义 “重量百分数”，但从物理方面来看“质量百分数”更真实，因为在地球 的不同地理范围物体重量是不同的，而物体质量恒定。我们在下文将 我们的成分以“质量百分数”表示。

虽然Mg-Li合金是最具有可塑性的镁合金，但它们的主要问题是 低腐蚀稳定性和强度。例如，在室温下合金Mg-11％Li在104MPa 强度的极限伸长率达到39％(参阅美国专利号2005/6838049)。但是， Mg-Li合金的腐蚀率即使在纯水中也相当高。

另外掺杂Mg-Li合金以增加其强度和腐蚀稳定性。最常见将铝和 锌加入合金内以增加强度和腐蚀稳定性。加入铝和锌(分别为4％和2％) 产生Mg-Li-Al-Zn合金强度和可变形性的满意组合。已显示将0.6％Al 加入合金Mg-9％Li内在广泛的变形率范围内在低于200℃的温度下 强度发生实质性增加。具有此类成分的合金的腐蚀稳定性也增加。