CN108265209A

CN108265209A - 一种铝合金材料及其制备方法和用途

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Publication number: CN108265209A
Application number: CN201810315054.5A
Authority: CN
Inventors: 乔冠男
Original assignee: Zhejiang Jo Lao Ye Aluminum Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jo Lao Ye Aluminum Co Ltd
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2018-07-10
Anticipated expiration: 2038-04-10
Also published as: CN108265209B

Abstract

本发明为一种铝合金材料及其制备方法和用途。本发明所提供的铝合金材料密度低，强度高且兼具良好的抗腐蚀性能、塑性加工性，所述铝合金材料的成分包括：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98％，本申请的铝合金材料通过控制添加到工业纯铝中Zn、Mg、Cu、Mn、Si、Cr的量，并加入一定量的稀土元素金属，例如Pu或Sm等，不仅可以提高铝合金的强度，还能保留或提高工业纯铝原有的性能，如，良好的抗腐蚀性能和塑性加工性。

Description

一种铝合金材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及合金制备技术领域，具体而言，涉及一种铝纯度高，性能好的合金材料。

背景技术

铝是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到广泛应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，铝的需求日益增多，对于铝及其合金性能的要求也在增高。通常来说，工业纯铝一般定为纯度为99.0％～99.9％的铝，纯铝的密度接近2700KG/M3，约为铁的密度的35％，属于一种轻质的金属材料。铝及其合金的表面，易生成一层致密、牢固的AL2O3保护膜。这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏。因此，铝有很好的耐大气(包可工业性大气和海洋性大气)腐蚀和水腐蚀的能力。铝可用任何一种铸造方法铸造。铝的可塑性好，可轧成薄板和箔；拉成管材和细丝；挤压成各种民用的型材；可以大多数机床所能达到的最大速度进行车、铣、镗、刨等机械加工。可见，工业纯铝具有铝的一般特点，密度小，，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好。然而，工业纯铝在拥有上述优点的同时，也存在着一些问题，其中最为突出的是强度硬度不足，例如，工业纯铝的抗拉强度σb(MPa)：≤137。

过去几十年，人们对于如何提高铝合金的强度进行了广泛深入的研究，一般认为，合金中的化学成分是决定合金强度的关键因素之一，主要合金元素低，则强度较低，韧性、耐蚀性及铸锭成形性较好；而主要合金元素高，则强度较高，韧性和耐蚀性降低，且随着主要合金元素含量提高，铸造成形性能下降。也就是说，想要获得高强度的合金材料，就要以牺牲韧性、耐蚀性以及成形性等为代价。现有技术中，通常采用添加Zn，Cu，Mg等金属来增加铝合金的强度，例如按重量百分比计为：Zn 8.0-9wt％，Mg 2.5-3.2wt％，Cu 1.5-2.0wt％，Mn 0.8-2.5wt％，Zr 0.1-0.3wt％，Ti 0.01-0.3wt％，B 0.005-0.05wt％，加入的到纯铝中，获得的高强韧铝合金的具有超过800MPa的抗拉强度和达到5.3％及以上的延伸率，具有更好的耐热性，但是，Zn，Cu，Mg等金属的加入，虽然增高了铝合金的强度，但是相应的也牺牲了部分工业纯铝的优势，例如，密度增高，抗腐蚀性能、塑性加工性的降低等。

随着现代工业与国防的发展，不仅对于铝合金的需求量越来越大，对于铝合金综合性能的要求也越来越高。特别是在航空航天以及汽车制造等领域，不仅对于降低结构件重量以降低能耗、节约资源的要求越来越高，而且对于主要结构件能够承受巨大冲击和振动亦即具备良好的韧性的要求也日益迫切。

因此，获得一种铝含量高，强度较好且兼具良好的抗腐蚀性能、塑性加工性的铝合金材料及其相应的生产工艺是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明目的是提供密度低，强度高且兼具良好的抗腐蚀性能、塑性加工性的铝合金材料。本发明人在铝合金的生产研发中发现，通过控制添加到工业纯铝中Zn、Mg、Cu、Mn、Si、Cr的量，并加入一定量的稀土元素金属，例如Pu或Sm等，不仅可以提高铝合金的强度，还能保留或提高工业纯铝原有的性，如，良好的抗腐蚀性能和塑性加工性。

具体的，密度低，强度高且兼具良好的抗腐蚀性能、塑性加工性的铝合金材料，其成分包括：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98wt％；优选的，所铝合金材料的成分由如下组成：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98.5wt％。更为优选的，所述铝合金材料的成分由如下组成：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98.5wt％，Pu的含量为0.15-0.28wt％，Sm的含量为0.1-0.2wt％。最为优选的，所述铝合金材料的成分由如下组成：Mg 0.33wt％、Cu 0.12wt％、Mn 0.04wt％、Si 0.18wt％、Cr 0.13wt％、Fe 0.11wt％、Pu 0.21wt％、Sm 0.14wt％、Al 98.74wt％，本申请涉及的百分比为质量百分比。

所述铁Fe作为特征微合金元素，由于铝能与铁形成化合物，并提高连接的稳定性。Fe可以提高铝基的抗张强度、屈服极限以及耐热性能，同时还可以提高合金的塑性。

所述铜Cu是铝合金中的基本强化元素，它与铝形成θ相，而θ相具有固溶强化和弥散强化的作用，能够有效的提高铝合金的拉伸强度和屈服强度。

所述镁Mg能够使晶格产生畸变，引起固溶硬化；同时镁还可以提高铝合金的耐腐蚀性和耐热性能。

硅(Si)能够促进和提高抗拉强度；Si还能与Mg形成Mg-Si金属化合物，改善铝合金的热性能。

锰(Mn)元素与基体元素铝作用得到的MnAl₄与纯铝具有相同的电位，可以有效地改善合金的抗腐蚀性和焊接性；同时锰作为高温强化相，具有提高再结晶温度，抑制再结晶粗化的作用，能够实现对合金的固溶强化、补充强化和提高耐热性能。

所述稀土元素RE为钐(Sm)、铕(Eu)，起可以改善铝合金的性质，特别是钐(Sm)，通过合金的细晶强化、形貌改善和弥散强化以及Sm的固溶强化作用。使合金的力学性能得到显著改善。

本发明另一个目的是提供一种湿强度高，易于降解，环境友好的新型纸巾的制备方法，具体步骤如下：

(1)将工业纯铝投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为6-7小时，熔融温度控制为700-740℃，将工业纯铝熔化为铝液；

(2)将Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm元素加入到铝液中，随后将温度降至660℃～700℃，将Mg完全压入合金液中，其中所述Pu元素加入量为0.15-0.28wt％，Sm元素加入量为0.1-0.2wt％，其他元素加入量适中，但需保证合金中Al的含量不低于98wt％；

(3)用铁锹在铝合金液表面撒上清渣剂，用铁扒敲打液面5-10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口；

(4)将步骤(3)获得的熔融体降温至660-670℃，在熔体中通过惰性气体吹入精炼剂，然后继续用惰性气体除气除渣，时间为2h以上；

(5)将熔炼炉铝液静置70-100min；

(6)将铝液引入精练炉并再次通入惰性气体进行保温精炼除气；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置进行过滤，最后引入结晶器进行铸造，获得铝合金材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本申请通过控制加入金属元素的量，获得高纯度、低密度的铝合金材料。

2、通过控制添加到工业纯铝中Zn、Mg、Cu、Mn、Si、Cr的量，并加入一定量的稀土元素金属，例如Pu或Sm等，不仅可以提高铝合金的强度，还能保留或提高工业纯铝原有的性能，如，良好的抗腐蚀性能和塑性加工性，综合性能良好，可适用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶、建筑等多个领域对铝合金性质的要求。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例详细描述本发明提供的技术方案。

实施例1铝合金材料的制备工艺

(1)将工业纯铝投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为6小时，熔融温度控制为730℃，将工业纯铝熔化为铝液；

(3)用铁锹在铝合金液表面撒上清渣剂，用铁扒敲打液面8分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口；

(4)将步骤(3)获得的熔融体降温至660℃，在熔体中通过惰性气体吹入精炼剂，然后继续用惰性气体除气除渣，时间为2h；

(5)将熔炼炉铝液静置100min；

实施例2一种铝合金材料

采用实施例1的方法并对步骤(2)中加入的其他金属元素的含量进行调整后制备而成，其他金属加入的含量具体为：Mg 0.34wt％、Cu 0.13wt％、Mn 0.04wt％、Si0.23wt％、Cr 0.13wt％、Fe 0.11wt％、Pu 0.2wt％、Sm 0.17wt％。由此获得的铝合金材料成分如下所示：Mg 0.34wt％、Cu 0.13wt％、Mn 0.06wt％、Si 0.23wt％、Cr 0.13wt％、Fe0.09wt％、Pu 0.2wt％、Sm 0.17wt％、Al 98.65wt％。该铝合金材料也可以通过本领域常规的其他制备方法制备而得。

实施例3一种铝合金材料

采用实施例1的方法并对步骤(2)中加入的其他金属元素的含量进行调整后制备而成，其他金属加入的含量具体为：Mg 0.33wt％、Cu 0.12wt％、Mn 0.04wt％、Si0.18wt％、Cr 0.13wt％、Fe 0.11wt％、Pu 0.21wt％、Sm 0.14wt％。由此获得的铝合金材料成分如下所示：Mg 0.33wt％、Cu 0.12wt％、Mn 0.04wt％、Si 0.18wt％、Cr 0.13wt％、Fe0.11wt％、Pu 0.21wt％、Sm 0.14wt％、Al 98.74wt％。该铝合金材料也可以通过本领域常规的其他制备方法制备而得。

实施例4一种铝合金材料

采用实施例1的方法并对步骤(2)中加入的其他金属元素的含量进行调整后制备而成，其他金属加入的含量具体为：Mg 0.43wt％、Cu 0.17wt％、Mn 0.06wt％、Si0.14wt％、Cr 0.11wt％、Fe 0.14wt％、Pu 0.17wt％、Sm 0.18wt％。由此获得的铝合金材料成分如下所示：Mg 0.43wt％、Cu 0.17wt％、Mn 0.06wt％、Si 0.14wt％、Cr 0.11wt％、Fe0.14wt％、Pu 0.17wt％、Sm 0.18wt％、Al 98.60wt％。该铝合金材料也可以通过本领域常规的其他制备方法制备而得。

对比例1一种铝合金材料

采用实施例1的方法并对步骤(2)中加入的其他金属元素的种类和含量进行调整后制备而成，其他金属加入的含量具体为：Mg 0.56wt％、Cu 0.27wt％、Mn 0.16wt％、Si0.13wt％、Cr 0.1wt％、Fe 0.12wt％。由此获得的铝合金材料成分如下所示：Mg 0.56wt％、Cu 0.27wt％、Mn 0.16wt％、Si 0.13wt％、Cr 0.1wt％、Fe 0.12wt％、Al 98.66wt％。该铝合金材料也可以通过本领域常规的其他制备方法制备而得。

实施例5铝合金材料性能指标测定

利用本领域常规的方法对实施例2-4以及对比例1的铝合金材料进行室温下抗拉强度、屈服强度、布氏硬度、延伸率，磨损率进行检测。同时，在温度为50℃、相对湿度为85％的恒温恒湿箱中，观察并记录外观出现异常所用的时间，用于测定耐腐蚀性能。测结果表1所示。

表1 铝合金材料性能指标测定结果

从表1的结果中可以看出，本申请的所制备的铝合金材料无论是在强度上，还是在可塑性以及耐腐蚀性上，都具有良好的效果，特别是实施例3制备的铝合金材料，其取得了优异的效果。

上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种铝合金材料，其成分包括：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98wt％。

2.权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料的成分由以下物质组成：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98.5wt％。

3.权利要求1-2任意一项所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料的成分由以下物质组成：Mg、Cu、Mn、Si、Cr、Fe、Pu、Sm、Al，其中铝的含量不低于98.5wt％，Pu的含量为0.15-0.28wt％，Sm的含量为0.1-0.2wt％。

4.权利要求1-2任意一项所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料的成分由以下物质组成：Mg 0.33wt％、Cu 0.12wt％、Mn 0.04wt％、Si 0.18wt％、Cr 0.13wt％、Fe0.11wt％、Pu 0.21wt％、Sm 0.14wt％、Al 98.74wt％。

5.权利要求1-4任意一项所述铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤如下：

(5)将熔炼炉铝液静置70-100min；

6.权利要求1-4任意一项所述铝合金材料在制备铝合金板材中的用途。

7.权利要求6所述的用途，其特征在于，所述铝合金板材用于航天器制造或造船。

8.权利要求6所述的用途，其特征在于，所述铝合金板材用于建筑。