一种高强度耐腐蚀铝合金及其铸造方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度耐腐蚀铝合金及其铸造方法。本发明专利技术通过合理优化铝合金中的Zn、Mg、Si元素含量及配比，适当提高Zn、Mg和Si的含量，并添加适量的稀土元素Sc、稀土元素Ce和过渡金属元素Zr，达到细化晶粒，获得了良好韧度和高强度，并提高耐腐蚀性能的效果，从而可以保证铝合金高强度的前提下具有显著提高的耐腐蚀性能，同时所述铝合金还具有很好的塑性。本发明专利技术以特定的配方，采用喷射成形的工艺制备得到铝合金材料，其显微组织明显细化，析出相细小且均匀分布，从而使材料的化学成分和组织在宏观上得到有效的控制。组织在宏观上得到有效的控制。

A high-strength corrosion-resistant aluminum alloy and its casting method

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐腐蚀铝合金及其铸造方法


[0001]本专利技术属于铝合金
，特别涉及一种高强度耐腐蚀铝合金及其铸造方法。

技术介绍

[0002]随着未来武器装备对超轻结构、低成本的需求日益迫切，综合性能优良的高强度铝合金材料需求日渐强烈。目前国内已经出现采用半连续铸造技术制造及粉末冶金技术制造高强度铝合金。然而，作为结构材料的铝合金最大的缺陷是其耐腐蚀性能差，由于铝合金的强度和耐腐蚀性是一对矛盾体，在实际应用中通常以牺牲部分强度换取耐腐蚀性的提升。

技术实现思路

[0003]为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种高强度耐腐蚀铝合金及其铸造方法，所述铝合金能够在保证铝合金高强度的前提下具有显著提高的耐腐蚀性能，同时所述铝合金还具有很好的塑性。
[0004]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种铝合金，所述铝合金包括的化学成分及重量比为：Zn 10.6~12.3%，Mg 3.8~4.6%，Si 0.8~1.3%，Zr 0.5~0.8%，Sc 0.4~0.6%，Ce 0.2~0.4%，Fe≤0.08%，余量为铝和不可避免的杂质。
[0005]根据本专利技术的实施方式，Zn的含量为10.6%、10.7%、10.8%、10.9%、11%、11.1%、11.2%、11.4%、11.5%、11.6%、11.7%、11.8%、11.9%、12%、12.1%、12.2%或12.3%。
[0006]根据本专利技术的实施方式，Mg的含量为3.8%、3.9%、4%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%、4.5%或4.6%。
[0007]根据本专利技术的实施方式，Si的含量为0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.2%或1.3%。
[0008]根据本专利技术的实施方式，Zr的含量为0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.67%、0.7%、0.72%、0.74%、0.75%、0.76%、0.78%或0.8%。
[0009]根据本专利技术的实施方式，Sc的含量为0.4%、0.42%、0.45%、0.48%、0.5%、0.52%、0.55%、0.56%、0.58%或0.6%。
[0010]根据本专利技术的实施方式，Ce的含量为0.2%、0.22%、0.24%、0.25%、0.28%、0.30%、0.32%、0.35%、0.38%或0.40%。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述铝合金中，以Zn、Mg为主要合金元素，增加Zn、Mg等主要合金元素的含量，可以增加晶内析出相的密度，可以显著提高铝合金的强度，同时避免主要合金元素总含量的增加导致的合金的塑性、断裂韧性急剧下降的问题。此外，由于Zn和Al不能形成金属间化合物，故单独将Zn加入Al中对合金的强化作用有限，同时还使合金应力腐蚀倾向增强。在加入Zn的基础上，进一步加入Mg，控制Zn与Mg的重量比Zn/Mg为(2.5~2.7):1，例如为2.5:1、2.55:1、2.6:1、2.65:1或2.7:1，此时在合金中形成的沉淀强化相MgZn2和Al2Mg3Zn3相的粒径更小，更明显地增加铝合金的抗拉强度和屈服强度。在加入Mg
的基础上，进一步加入Si，Mg与Si经过热处理后能够形成Mg2Si沉淀相，提高合金时效后的强度。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述铝合金中不含有Cu，从根本上避免了Cu引入形成的过量、粗大的T相（AlZnMgCu）、S相（Al2CuMg），使铝合金性能恶化，同时通过加入其他元素，也弥补了Cu元素对铝合金材料带来的有益作用。
[0013]根据本专利技术的实施方式，稀土元素Sc的加入可以与Al形成弥散相来钉扎晶界、亚晶界和位错，可起到弥散强化、细晶强化的效果，实现铝合金综合性能的提升。进一步地，稀土元素Sc与过渡元素Zr之间还具有相互作用，Sc可以和Zr复合形成初生的Al3(Sc,Zr)粒子。研究发现，当稀土元素Sc与过渡元素Zr的重量比Sc/Zr为0.6~0.8:1（例如为0.6:1、0.65:1、0.68:1、0.7:1、0.75:1或0.8:1）时，这种初生的Al3(Sc,Zr)粒子在铝合金熔体凝固过程中能够快速形成新的粒径更小的形核质点，均匀地分布在位错线周围，起到细化晶粒和抑制位错运动的作用。同时，该初生的Al3(Sc,Zr)粒子在均匀化处理和热变形过程中也能更快速地以共格二次Al3(Sc,Zr)粒子的形式再次析出，实现强烈钉扎变形组织，抑制合金内部的再结晶的目的。
[0014]根据本专利技术的实施方式，稀土元素Ce的加入可以与过渡元素Zr相互作用，形成锆铈固溶体，可以作为新的形核质点，分布在位错线周围，起到细化晶粒和抑制位错运动。研究发现，当Zr与Ce的重量比Zr/Ce为1.8~2:1（例如为1.8:1、1.82:1、1.85:1、1.88:1、1.9:1、1.92:1、1.95:1、1.98:1或2:1）时，可以获得更小粒径的固溶体，形成的析出相的粒径更小，阻止再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，能够更好地细化晶粒，同时进一步提升合金抗腐蚀性能和断裂韧度。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述铝合金的抗拉强度大于等于900MPa。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述铝合金的延伸率大于等于10.5%。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述铝合金的断裂韧性大于30MN/m
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。
[0018]本申请的专利技术人通过大量实验研究发现，铝合金的合金强度随着Zn、Mg元素含量的升高而升高；为了减少热裂发生并获得良好的强韧匹配综合性能，在铝合金中加入Zn、Mg，并控制Zn 10.6~12.3%，Mg 3.8~4.6%。同时，在研究中还发现，Zn元素和Mg元素的加入虽然提高了合金的硬度和强度，但是对合金的断裂韧度和抗腐蚀性能带来了一定的影响。因此，本专利技术进一步引入了稀土元素Sc和Ce以及过渡元素Zr，并控制三者的比例关系，以提高铝合金的抗腐蚀性能和断裂韧度，使铝合金同时具有高强度、断裂韧度和良好的耐腐蚀性能。
[0019]本专利技术还提供一种上述铝合金的铸造方法，所述方法包括以下步骤：1）将包括Zn、Mg、Si、Zr、Sc、Ce和Al的铸锭进行熔炼，得到铝合金液；2）对铝合金液进行雾化处理，得到球形铝合金颗粒；3）对步骤2）的球形铝合金颗粒采用锻压机对其进行超高压锻造处理，然后进行挤压制成型材、管材或棒材；4）对挤压后的型材、管材或棒材进行热处理，即可获得所述铝合金。
[0020]根据本专利技术的实施方式，步骤1）中，所述熔炼为本领域已知的熔炼工艺，示例性地，所述熔炼的温度例如为710~760℃。示例性地，在电磁搅拌的条件下实现铝合金液的制备。
[0021]根据本专利技术的实施方式，步骤1）中，将锌锭、铝锭、镁锭、Al
‑
Si合金、Al
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Zr合金、Al
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10Sc合金、Al
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10Ce合金进行熔炼，得到铝合金液。
[0022]根据本专利技术的实施方式，步骤2）中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种高强度耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述铝合金包括的化学成分及重量比为：Zn 10.6~12.3%，Mg 3.8~4.6%，Si 0.8~1.3%，Zr 0.5~0.8%，Sc 0.4~0.6%，Ce 0.2~0.4%，Fe≤0.08%，余量为铝和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，Zn与Mg的重量比Zn/Mg为(2.5~2.7):1。3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，Sc与Zr的重量比Sc/Zr为0.6~0.8:1。4.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，Zr与Ce的重量比Zr/Ce为1.8~2:1。5.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的抗拉强度大于等于900MPa；和/或，所述铝合金的延伸率大于等于10.5%；和/或，所述铝合金的断裂韧性大于30MN/m
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。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述的铝合金的铸造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）将包括Zn、Mg、Si、Zr、Sc、Ce和Al的铸锭进行熔炼，得到铝合金液；2）对铝合金液进行雾化处理，得到球形铝合金颗粒；3）对步骤2）的球形铝合金颗粒采用锻压机对其进行超高压锻造处理，然后进行挤压制成型材、管材或棒材；4）对挤压后的型材、管材或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈高红，刘铭，臧金鑫，陈军洲，戴圣龙，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：