【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于焊接和增材制造的高性能Al-Zn-Mg-Zr基铝合金相关申请的交叉引用本申请要求2018年6月20日提交的题为“用于焊接和增材制造的高性能Al-Zn-Mg-Zr基铝合金”的美国临时专利申请序列号62/687,418的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及一族Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金或7000系列铝合金，当通过(i)常规制造技术(例如板坯铸造)、(ii)粉末冶金工艺、或(iii)利用熔化工艺的增材制造技术进行加工时，与其他商用7000系列铝合金相比，其能够制备具有超高强度、改善的热稳定性和可焊性的部件。
技术介绍
7000系列铝合金是可获得的最高强度合金之一。由于这种性能和其他性能，它们通常用于汽车、飞机和航天工业。然而，本领域技术人员一般认为7000系列铝合金几乎是不可能焊接的，这限制了它们在许多应用中的使用。因此，非常希望提供可焊接的7000系列铝合金的能力。这样的材料也将适用于诸如增材制造(即3D打印)的制造工艺，以生产铝合金部件和产品。
技术实现思路
本文所述的实施方案涉及7000系列铝-锌-镁基合金，其包含一种或多种另外的过渡金属或稀土金属，以及任选的铜。可以进一步包括孕育剂(Sn、In或Sb)的铝合金能够制成适合用于以下制造方法的原料(例如片材、丝材、粉末等)，所述制造方法可以利用焊接、利用丝材或粉末作为原料的增材制造方法、或粉末冶金方法。在各个方面，本公开提供了一种铝合金，其包含约4至约12重量％的锌、约1至约4重量％的镁、约...
【技术保护点】
1.一种铝合金，包含：/n约4至约12重量％的锌；/n约1至约4重量％的镁；/n约0.3至约2重量％的过渡金属或稀土金属；和/n作为余量的铝；/n其中所述合金在室温下具有至少与常规的7000系列铝合金的强度与重量之比同样大的强度与重量之比；且/n其中所述合金不包含任何有意添加的钪。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180620 US 62/687,4181.一种铝合金，包含：
约4至约12重量％的锌；
约1至约4重量％的镁；
约0.3至约2重量％的过渡金属或稀土金属；和
作为余量的铝；
其中所述合金在室温下具有至少与常规的7000系列铝合金的强度与重量之比同样大的强度与重量之比；且
其中所述合金不包含任何有意添加的钪。
2.一种铝合金，包含：
约4至约12重量％的锌；
约1至约4重量％的镁；
约0.3至约2重量％的过渡金属；和
作为余量的铝；
其中所述合金在室温下具有至少与常规的7000系列铝合金的强度与重量之比同样大的强度与重量之比；且
其中所述合金不包含任何有意添加的钪。
3.权利要求1或2的铝合金，其中锌的存在量为约7至约12重量％的锌。
4.权利要求1或2的铝合金，其中锌的存在量为约5至约7重量％的锌。
5.权利要求1的铝合金，其中所述稀土金属选自镧、铈、镨、钕、钷、钐、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、和镥，或其组合。
6.权利要求1或2的铝合金，其中所述过渡金属选自钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、和钇，或其组合。
7.权利要求1或2的铝合金，其中所述过渡金属是锆。
8.权利要求1至7之一的铝合金，其中所述合金能够被用于焊接工艺中而基本上不会产生由于在焊接工艺中使用常规的7000系列铝合金而导致的液化开裂和热拉裂。
9.权利要求1至8中任一项的铝合金，进一步包含至多约3重量％的铜。
10.权利要求7的铝合金，进一步包含约0.1至约1重量％的钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、或镥，或其组合。
11.权利要求1至10之一的铝合金，其中所述合金包含具有铝基质与Zn2Mg析出物、Al3Zr初级析出物和Al3Zr纳米级析出物的同时分散体。
12.权利要求11的铝合金，其中所述Al3Zr初级析出物的平均直径范围是约0.05至约1.5μm，所述Al3Zr纳米级析出物具有L12晶体结构且平均直径范围是约1至约100nm。
13.权利要求1至12中任一项的铝合金，其中钪以小于约0.05重量％的钪而存在。
14.权利要求1至13中任一项的铝合金，进一步包含不超过约0.5重量％的硅和铁杂质。
15.权利要求1至14中任一项的铝合金，其中固溶化热处理后的平均颗粒尺寸小于100μm。
16.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成棒材、丝材、带、粉末或碎片。
17.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成带、碎片或粉末。
18.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成粉末。
19.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成带。
20.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成碎片。
21.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成丝材或棒材。
22.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成丝材。
23.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制备成棒材。
24.权利要求1至15中任一项的铝合金，被制成部件，所述部件具有大于580MPa的屈服强度、大于600MPa的极限抗拉强度以及大于2％的断裂伸长率。
25.权利要求16至18中任一项的铝合金，其中所述粉末通过选自气体雾化、等离子体雾化、旋转电极处理或机械合金化的工艺制备。
26.权利要求25的铝合金，其中所述工艺进一步包含等离子体球形化。
27.一种生产可焊接的7000系列铝合金的方法，该方法包含：
a)在约700℃至约1000℃的温度下熔化回收的铝或原铝，同时添加铝母合金或纯元素，以形成组分的液体混合物，组分的液体混合物包含约4至约12重量％的锌、约1至约4重量％的镁、约0.3至约2重量％的锆、至多约3重量％的任选的铜，以及作为余量的铝，其中组分的液体混合物不包含任何有意添加的钪；
b)将熔化的组分浇铸到环境或冷铸模中以形成铸锭；
c)在约400℃至约480℃的温度下将铸锭热处理约0.25小时至约6小时的时间，以形成包含Al-Zn-Mg固溶体的固溶锭，所述固溶体具有L12结构化的Al3Zr纳米级析出物的分散体；和
d)将固溶锭热成型和/或冷成型为片材、箔材、棒材、丝材、挤压件或锻件。
28.一种生产可焊接的7000系列铝合金的方法，该方法包含：
a)在约700℃至约1000℃的温度下熔化回收的铝或原铝，同时添加铝母合金或纯元素，以形成组分的液体混合物，组分的液体混合物包含约4至约12重量％的锌、约1至约4重量％的镁、约0.3至约2重量％的钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钇、镧、铈、镨、钕、钆、镝、铒、或镱，或其组合，至多约3重量％的任选的铜，以及作为余量的铝，并且其中所述组分不包含任何有意添加的钪；
b)将熔化的组分浇铸到环境或冷铸模中以形成铸锭；
c)在约400℃至约480℃的温度下将铸锭热处理约0.25小时至约6小时的时间，以形成包含Al-Zn-Mg固溶体的固溶锭，所述固溶体具有L12结构化的Al3Zr纳米级析出物的分散体；和
d)将固溶锭热成型和/或冷成型为片材、箔材、棒材、丝材、挤压件或锻件。
29.权利要求27或28的生产可焊接的7000系列铝合金的方法，其中所述固溶锭包含Al-Zn-Mg-Cu固溶体，所述Al-Zn-Mg-Cu固溶体具有L12结构化的Al3Zr纳米级析出物的分散体。
30.权利要求27至29中任一项的生产可焊接的7000系列铝合金的方法，所述方法进一步包含：e)在约100℃至约180℃的温度下将所述成形的片材、箔材、棒材、丝材、挤压件或锻件热时效约1小时至约48小时的时间。
31.一种制备焊接的金属组件的方法，该方法包含在焊接工艺中用填充材料将两个铝合金部件接合，
其中将部件接合的填充材料是权利要求16的丝材或棒材；和
其中两个铝合金部件各自独立地选自Al-Zn-Mg合金、Al-Zn-Mg-Cu合金...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·克罗托，N·Q·沃，J·P·多恩，
申请(专利权)人：纳诺尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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