一种铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及用于氢能装置的材料的领域，具体涉及一种铝合金材料及其制备方法，更具体涉及一种强度高且抗高压氢脆疲劳的铝合金材料以及该铝合金材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]氢能具有来源广泛
、
安全可控
、
高效灵活
、
低碳环保等诸多优势，可以同时满足资源
、
环境和可持续发展的要求，被誉为
21
世纪理想的清洁能源
。
其中，气态储氢是采用高压压缩的方式将氢气储存在特制容器中，其成本低
、
能耗低
、
且充放氢速度快，是目前的主流选择
。
气态储氢容器作为氢燃料汽车的供氢装置，内胆为金属材料，外围包覆一层碳纤维材料
。
为了进一步提升储氢密度，需要将储氢压力从当前的
35 MPa
提升到
70 MPa
以上
。
考虑到整个储氢容器使用周期内需要经历一万次以上高压氢气的循环应力作用，氢气分子很容易渗透金属容器造成材料的氢脆，引起局部塑性降低
、
裂纹快速扩展以及耐久性下降，进而导致储氢容器断裂失效
。
此外，由于高压储氢容器外层需要缠绕多层碳纤维，造成铝合金内胆成本高
、
价格昂贵
。
[0003]现有储氢容器内胆材料多为低碳钢或
6061
铝合金，部分专门针对高压储氢容器开发的材料也尚未关注到高压氢环境下材料的抗疲劳性能
。
如专利申请公开号
CN 115216709 A
提供了一种耐氢脆化的氢能工业管道合金及管道制备方法，其储氢压力仅2‑
10 MPa
，开发的合金为低碳钢材料，在应用于
35 MPa
以上的高压气瓶中时氢脆敏感性会明显提高
。
专利申请公开号
CN 114807649 A
公开了一种新能源汽车储氢用大口径
6061
铝合金挤压管材的制备方法，其对
6061
合金成分进行了调整，以重量百分比计包括：
0.6%
至
0.70%
的
Si、0.15%
至
0.20%
的
Fe、0.28%
至
0.35%
的
Cu、0.15%
至
0.20%
的
Mn、0.85%
至
1.1%
的
Mg、0.18%
至
0.25%
的
Zn、0.14%
至
0.15%
的
Ti、0.1%
至
0.3%
的
Cr、0.05%
的
Ni
，余量为
A1
，该合金可应用于
35 MPa
的储氢气瓶
。
但该专利申请仅关注材料在常规条件下的抗拉强度
、
屈服强度
、
断后伸长率等力学性能，而未涉及氢脆性能；专利号
CN 102812141 B
提供了一种具有耐氢脆性和机械性质两者的用于高压气体容器的
6000
系列铝合金材料
。
该专利考虑到材料力学性能及氢脆敏感性能，而未涉及材料在高压氢气氛下反复充放氢循环时材料的疲劳性能变化
。
[0004]此外，现有材料在氢气氛下疲劳性能的测试装置主要有两种，一种是直接搭建高压气体釜，一种是利用电化学反应渗氢
。
其中，高压气体釜比较接近材料的真实服役工况，但需要定制昂贵的耐高压设备，且难以实现加载到
70 MPa
以上氢压，再加上氢气为易爆危险源，试验危险性高，难以普及
。
电化学反应渗氢装置简便
、
操作简单，但通过电化学工艺参数改变仅能模拟材料中的氢浓度，同样难以模拟
70 MPa
以上超高氢压工况下氢原子的扩散速率及分布状态
。

技术实现思路

[0005]本公开的目的在于提供一种铝合金材料及其制备方法，以解决现有技术中的已知
铝合金材料强度低
、
抗高压氢脆疲劳性能差
、
制备成本高等技术问题
。
[0006]为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种铝合金材料，基于铝合金材料的总重量，铝合金材料包含：
0.8 wt%
至
1.5 wt%
的
Si
；
0.6 wt%
至
1.2 wt%
的
Mg
；
0.6 wt%
至
1.3 wt%
的
Cu
；
0.5 wt%
至
1.0 wt%
的
Mn
；
0.02 wt%
至
0.1 wt%
的
Ti
；
0.1 wt%
至
0.2 wt%
的
Cr
；以及余量的
Al
，其中铝合金材料还包含
0.01 wt%
至
0.15 wt%
的
Zr
和
0.01 wt%
至
0.09 wt%
的
Er。
[0007]进一步地，
Si
与
Mg
的重量比在
0.5
至
1.0
的范围内
。
[0008]进一步地，
Zr
与
Er
的重量百分比之和在
0.05 wt%
至
0.20 wt%
的范围内
。
[0009]根据本公开的另一个方面，提供了一种用于制备铝合金材料的方法，包括如下步骤：步骤
S1
，将纯铝
、
纯硅
、
纯镁
、
纯铜
、
纯锰
、
纯钛
、
纯铬
、
纯锆
、
纯铒金属置入熔炉中加热到
740℃
至
780℃
范围内的温度，得到第一熔融合金；步骤
S2
，将第一熔融合金导入除气炉中使用除气介质进行除气，并在精炼剂存在下进行精炼，随后除渣
、
静置，得到第二熔融合金；步骤
S3
，将第二熔融合金导入过滤器中进行过滤除渣，将过滤后的熔融合金在
670℃
至
710℃
范围内的温度下进行铸造，得到铸锭；步骤...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铝合金材料，其特征在于，基于所述铝合金材料的总重量，所述铝合金材料包含：
0.8 wt%
至
1.5 wt%
的
Si
；
0.6 wt%
至
1.2 wt%
的
Mg
；
0.6 wt%
至
1.3 wt%
的
Cu
；
0.5 wt%
至
1.0 wt%
的
Mn
；
0.02 wt%
至
0.1 wt%
的
Ti
；
0.1 wt%
至
0.2 wt%
的
Cr
；以及余量的
Al
，其中所述铝合金材料还包含
0.01 wt%
至
0.15 wt%
的
Zr
和
0.01 wt%
至
0.09 wt%
的
Er。2.
根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，
Si
与
Mg
的重量比在
0.5
至
1.0
的范围内
。3.
根据权利要求1或2所述的铝合金材料，其特征在于，
Zr
与
Er
的重量百分比之和在
0.05 wt%
至
0.20 wt%
的范围内
。4.
一种用于制备铝合金材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1
，将纯铝
、
纯硅
、
纯镁
、
纯铜
、
纯锰
、
纯钛
、
纯铬
、
纯锆
、
纯铒金属置入熔炉中加热到
740℃
至
780℃
范围内的温度，得到第一熔融合金；步骤
S2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉立，赵丕植，钱维锋，程笑，陈伟，纪艳丽，李秀磊，林师朋，陈雨楠，贵星卉，
申请(专利权)人：中国铝业集团高端制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：