一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强耐蚀铝合金及其制备方法和应用，所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；所述Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。该铝合金的制备方法采用三段式降温工艺，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质。该铝合金通过控制Cu/Mg比和Cu/Zn比，利用各元素间的协同作用，在不降低合金力学性能的情况下显著提升了合金的耐蚀性能，所获铝合金抗晶间腐蚀等级为3级(按照GB/T 7998

A high strength corrosion resistant aluminum alloy and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种铝合金，具体涉及一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用，属于复合材料


技术介绍

[0002]铝合金因密度低、力学性能好且耐蚀性好等特性作为结构件和功能件而被广泛应用在航空航天领域，对减轻航天器结构质量、提高飞行速度、降低耗能等方面有着重要的作用。
[0003]飞机蒙皮最主要的作用在于使飞机在飞行过程中始终保持良好的气动性来承受以及传递载荷。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。2024铝合金因其强度较高，重量轻且成本低的特点，成为飞机蒙皮材料的首选材料。
[0004]目前国内外对飞机蒙皮用铝合金通常采用1.7％预变形加自然时效(T3)热处理工艺，这种热处理工艺使得合金材料在保持较高强度的前提下，同时具有良好的塑性和一定的耐蚀性。然而随着航空航天技术的进一步发展，航天器飞行速度的提高，传统牌号的2024铝合金虽然能够满足飞机蒙皮板的高强高韧性的需求，但仍存在腐蚀敏感性较大的问题，需要从合金成分设计的思路上突破。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金，该铝合金通过合理的Cu/Mg比和Cu/Zn比，利用各元素间的协同作用，在不降低合金力学性能的情况下显著提升了合金的耐蚀性能。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，该方法采用三段式降温方式，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质，使各组分可以充分熔合，有效防止过度烧损的发生，从而达到实现稳定控制各组分含量的目的，该方法具有操作简单，控制精准等优点，便于大规模工业化生产。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金在飞机蒙皮材料制备中的应用，所述高强度耐蚀铝合金经过轧制、固溶淬火和T3热处理工艺，即可作为飞机蒙皮材料使用。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种高强度耐蚀合金，所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；所述Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。本专利技术通过控制合金主成分的Cu/Mg和Cu/Zn，大幅减少合金的粗大第二相，净化晶界，并且有效降低了第二相与基体的电位差，使得该铝合金在不降低力学强度的情况下大幅提高材料的耐蚀性。
[0009]作为一项优选的方案，所述铝合金包括以下质量百分比组分：Cu：3.8～4.9％；Mg：
1.2～1.5％；Zn：0.35～0.7wt.％；Mn：0.4～0.6％；Ti：0.01～0.03％；Si≤0.15％；Fe≤0.15％，余量为铝。原料中不可避免的还存在一些其他的微量杂质，如Na、V等元素，由于其含量过低，不便于测量，因此，对于这些不影响铝合金性能的杂质控制其每一种的含量小于0.03％，总和含量小于0.1％即可。
[0010]本专利技术还提供了一种高强耐蚀铝合金的制备方法，在熔炼炉中通入惰性气体后，先将熔炼炉升温至740～750℃并加入铝锭，当铝锭部分融化时加入覆盖剂，随后添加Al
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Cu中间合金、Al
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Mn中间合金和Al
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Zn中间合金，待铝锭和所有中间合金全部融化后加入镁锭和覆盖剂，搅拌至镁锭也完全融化并静置后；再将熔炼炉温度降低至720～730℃并加入C2Cl6，经过扒渣后加入Al
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Ti中间合金，再次降低熔炼炉温度至700～710℃，待Al
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Ti中间合金完全融化后，浇铸，即得。
[0011]本专利技术采用三段式降温工艺，该工艺可以最大限度地使高纯铝锭、镁锭和其他中间合金充分熔合，并确保在融化的过程中不发生过度烧损从而达到成分含量稳定控制的目的。第一段温度控制主要是为了原料充分的熔解以及控制烧损率，当温度高于该温度范围时，熔体会产生较大的烧损，当温度低于该温度范围时，则各合金元素熔合速度变慢且不均匀；第二段温度控制是为了达到除气剂C2Cl6的适用温度范围，进一步降低熔融状态下的熔体烧损；第三段温度范围的选择适用于熔体静置的温度范围，目的在于保证浇铸前熔体的均匀性，如果温度低于该温度范围则在浇铸过程中，熔体的流动性较差，易出现断流现象，温度高于该温度范围则熔体静置不充分，影响最终铸锭质量。
[0012]作为一项优选的方案，所述惰性气体经过预热至460～500℃后再通入熔炼炉。
[0013]作为一项优选的方案，所述惰性气体为氩气、氮气和氦气中的至少一种。
[0014]作为一项优选的方案，所述铝锭纯度≥99.99％；所述铝锭融化至60～80％时加入覆盖剂。
[0015]作为一项优选的方案，所述覆盖剂为所述覆盖剂包括以下质量百分比组分：CaF 7～9％，NaCl 40～43％，KCl 36～43％和冰晶石10～12％。该覆盖剂采用低导热材料，能够隔绝熔体表面与氧气的直接接触，防止熔体表面的氧化。
[0016]作为一项优选的方案，所述镁锭纯度≥99.99％。
[0017]作为一项优选的方案，所述C2Cl6分两次加入熔炼炉，每次加入量为铝合金总质量的0.2～0.5％，总加入量为铝合金总质量的0.6～1.0％。C2Cl6在熔体内的反应十分剧烈，若一次性加入大量的C2Cl6易造成熔体飞溅，分两次加入可稳定有效去除熔体中产生的气体，第一次加入可除去熔体表面的部分气体，第二次加入则能够稳定的除去熔体中的所有除气。
[0018]作为一项优选的方案，所述高强度耐蚀铝合金的制备全过程中保持室内的相对湿度≤25％。
[0019]本专利技术还提供了一种高强度耐蚀合金的应用，应用于飞机蒙皮材料的制备。
[0020]作为一项优选的方案，所述飞机蒙皮材料的制备方法为：将高强耐蚀铝合金进行均匀化退火处理后轧制成薄板；将薄板经过固溶淬火后，进行T3热处理工艺，即得。
[0021]作为一项优选的方案，所述飞机蒙皮材料的制备方法为：将合金原材料按成分配比进行熔铸，得到的35mm厚铸锭进行均匀化退火；将均匀化退火后的合金进行轧制，得到1.5～2.0mm厚的合金薄板；将合金薄板经过固溶淬火后采用T3热处理工艺，最终得到飞机
蒙皮用新型高强耐蚀铝合金板材。
[0022]作为一项优选的方案，所述均匀化退火处理的退火温度为492～498℃，退火时间为24h。
[0023]作为一项优选的方案，固溶淬火处理的固溶温度控制在495～500℃，固溶时间在1～1.5h。
[0024]作为一项优选的方案，淬火处理采用水淬，材料从固溶炉转移至水中的时间应≤10s，水温为15～25℃。
[0025]本专利技术涉及的作用机理如下：飞机蒙皮用大型铝合金板材首先要有足够高的强度，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。本专利技术提供的高强度耐蚀铝合金的关键在于在Cu、Mg和Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强耐蚀铝合金，其特征在于：所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；其中，Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。2.根据权利要求1所述的一种高强耐蚀铝合金，其特征在于：包括以下质量百分比组分：Cu：3.8～4.9％；Mg：1.2～1.5％；Zn：0.35～0.7％；Mn：0.4～0.6％；Ti：0.01～0.03％；Si≤0.15％；Fe≤0.15％，余量为铝。3.权利要求1或2所述的一种高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：在熔炼炉中通入惰性气体后，先将熔炼炉升温至740～750℃并加入铝锭，当铝锭部分融化时加入覆盖剂，随后添加Al
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Cu中间合金、Al
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Mn中间合金和Al
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Zn中间合金，待铝锭和所有中间合金全部融化后加入镁锭和覆盖剂，搅拌至镁锭也完全融化并静置后；再将熔炼炉温度降低至720～730℃并加入C2Cl6，经过扒渣后加入Al
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Ti中间合金，再次降低熔炼炉温度至700～710℃，待Al
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Ti中间合金完全融化后，浇铸，即得。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兵辉，莫文锋，邓攀，冉红卫，欧阳祚琼，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：