CN109161743A - 一种耐腐蚀稀土微合金化铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀稀土微合金化铝合金及其制备方法。由以下质量百分比的元素组成：0＜Si≤0.4％、0＜Fe≤0.5％、Cu：1.2％‑2.0％、Mn≤0.3％、Mg：2.1％‑2.9％、Cr：0.18％‑0.28％、Zn：5.1％‑6.1％、Ti≤0.2％、Y：≤0.05％、Ce：≤0.05％，余量为Al。本发明由于合理添加了Ce、Y元素，Ce、Y元素熔于铝液中降低新旧两相的界面能，从而促进基体形核、抑制晶粒长大，同时促进析出相形核，改变析出相尺寸、形态、数量及分布形态；改善了组织的均匀性，提高了其腐蚀锈层电阻，增加了锈层对基体的保护能力，使铝镁硅铜合金耐腐蚀性能提高。

Description

一种耐腐蚀稀土微合金化铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金制备技术领域，具体涉及一种耐腐蚀稀土微合金化铝合金及其制备方法。

背景技术

向铝合金熔体添加稀土元素有三大作用：1)合金化作用：无论以固溶态还是化合物形式存在，稀土均能对铝合金起到一定的强化作用。2)变质作用：通常，稀土原子半径大于铝原子半径，性质比较活泼，熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷，降低新旧两相的界面能，从而促进基体形核、抑制晶粒长大。此外，稀土变质作用还可体现为改变硬脆金属间化合物的形态、抑制针状和粗大块状化合物的形成，减小时效过程中析出相的尺寸等。3)净化作用：首先，稀土易与氧、硫、氮等形成化学性质稳定的化合物；其次，稀土易于形成稀土氢化物(如LaH₂)，大大降低熔体的氢含量；再次，稀土可与铝合金中的低熔点杂质元素铋、铅等生成熔点高、密度低的二元或多元化合物，这些化合物上浮成渣，得以去除；最后，稀土可以改善铝合金熔体和熔渣的表面张力、流动性、粘度等物理化学性质，有利于非金属夹杂的球化，促进其上浮，从而可以有效去除非金属夹杂。

研究表明，稀土不仅是优良的铝合金熔体净化剂、变质剂，添加适量稀土可有效提高铝合金熔体的质量，减少合金缺陷，改善合金组织与性能，而且是一种强效微合金化、合金化元素，对改善铝合金的耐腐蚀性能有很好的潜质，目前，国内用于建筑、船舶及海洋工程和日用制品等行业的高强铝合金的耐腐蚀性能还未达到要求。为促进我国航空航天、航海、军工等领域的快速发展，进一步研发性能更加优异的耐蚀稀土铝合金至关重要。为此，有必要进一步提高航空航天、航海、军工用高强铝合金的耐腐蚀性能，使合金在保证已有强韧性水平的基础上具有较好的耐腐蚀性能指标。

发明内容

本发明目的在于使合金在保证已有强韧性水平的基础上具有较好的耐腐蚀性能指标。

为达到上述目的采用技术方案如下：

一种耐腐蚀稀土微合金化铝合金，由以下质量百分比的元素组成：0＜Si≤0.4％、0＜Fe≤0.5％、Cu：1.2％-2.0％、Mn≤0.3％、Mg：2.1％-2.9％、Cr：0.18％-0.28％、Zn：5.1％-6.1％、Ti≤0.2％、Y：≤0.05％、Ce：≤0.05％，余量为Al。

按上述方案，单个杂质质量百分比≤0.05％，合计杂质质量百分比≤0.15％。

上述耐腐蚀稀土微合金化铝合金的制备方法，包括以下步骤：

1)按所述的质量百分比配料；

2)将纯铝锭、纯锌锭、纯铜锭及铝硅合金、铝铁合金、铝锰合金、铝铬合金、铝钛合金加入到真空熔炼炉中，当熔体升温达到760℃时加入铝铈中间合金和铝钇中间合金，775～785℃保温并搅拌1h，得到铝合金溶体A；降温至720℃，加入纯镁锭，在700～710℃保温并搅拌15min，得到铝合金熔体B；加入覆盖剂，精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.20ml，静置得到铝合金溶体C；

3)铝合金溶体C在温度为725℃～735℃的条件下进行铸造，得到稀土微合金化铝合金铸锭；

4)将所得稀土微合金化铝合金铸锭在450～480℃进行固溶处理，保温时间为0.5h～1h，取出后丢入水中做淬火处理，得到固溶态铝合金；

5)将所得固溶态铝合金在110℃时效处理6小时，随炉冷却后得到预时效后的稀土微合金化铝合金。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明的一种含微量铈、钇高强铝合金材料与一般的铝镁硅铜合金材料相比，由于合理添加了Ce、Y元素，Ce、Y元素熔于铝液中降低新旧两相的界面能，从而促进基体形核、抑制晶粒长大，同时促进析出相形核，改变析出相尺寸、形态、数量及分布形态；改善了组织的均匀性，提高了其腐蚀锈层电阻，增加了锈层对基体的保护能力，使铝镁硅铜合金耐腐蚀性能提高。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

配料：按照高强铝合金中各元素质量百分比为Si：0.20％、Fe：0.30％、Cu：1.60％、Mn：0.10％、Mg：2.6％、Cr：0.22％、Zn：5.6％、Ti：0.2％、Y：0.05≤％、Ce：≤0.05％和余量为Al的比例配料；Y、Ce设为变量，七种配料方式见表1所示。

表1

合金	Y	Ce
			配料1	0	0
配料2	0.01％	0.02％
			配料3	0.03％	0.02％
配料4	0.05％	0.02％
			配料5	0.03％	0.01％
配料6	0.03％	0.03％
			配料7	0.03％	0.05％

熔炼：

(1)将纯铝锭、纯锌锭、纯铜锭及铝硅合金、铝铁合金、铝锰合金、铝铬合金、铝钛合金加入到真空熔炼炉中，熔炼温度760～790℃，当熔体温度达到≥760℃时加入铝铈中间合金和铝钇中间合金，然后，每保温15min后搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至775～785℃，重复4次后，得到所需要的铝合金溶体；

(2)将步骤(1)得到的熔体进行降温，当熔体温度降至720℃时，加入纯镁锭，然后每保温5min后搅拌，并保证每次搅拌前熔体温度升至700～710℃，重复3次后，得到铝合金熔体；

(3)按熔炼炉中铝合金熔体质量的0.20％～0.30％加入覆盖剂；

(4)将步骤(3)处理后的铝合金熔体用Ar-N₂气精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.20ml，静置25min，得到铝合金熔液；

(5)将步骤(4)处理后的铝合金熔液在温度为725℃～735℃的条件下进行铸造，得到合金铸锭；

(6)将步骤(5)中的稀土微合金化铝合金在450～480℃进行固溶处理，保温时间为0.5h～1h，取出后丢入水中做淬火处理，得到固溶态铝合金；

(7)将步骤(6)中处理后的固溶铝合金在110℃时效处理6小时，随炉冷却后得到预时效后的稀土铝合金。

得到的铝合金常温力学性能(标准试样拉伸强度σ_b、屈服强度σ_0.2及延伸率δ)和腐蚀性能R_腐蚀720h(腐蚀720h后合金锈层电阻)如表2所示。

表2

合金	σ<sub>b</sub>(MPa)	σ<sub>0.2</sub>(MPa)	δ(％)	R<sub>腐蚀720h</sub>(Ω)
					配料1	445	305	11.2	80.5
配料2	452	320	12.5	86.7
					配料3	478	343	15.0	99.5
配料4	467	338	14.2	97.2
					配料5	462	330	13.3	96.0
配料6	473	340	14.8	96.6
					配料7	469	337	14.4	95.0

实施例2

采用的铝合金材料为变量(添加的微合金化稀土元素成分为：Y：0.03％、Ce：0.02％)，主要成分如表3所示，得到的合金材料常温力学性能和腐蚀性能如表4：

表3

合金	Zn	Mg	Cu	Fe	Al
						配料1	5.2％	2.8％	1.2％	0.5％	余量
配料2	5.4％	2.8％	1.4％	0.4％	余量
						配料3	5.6％	2.6％	1.6％	0.3％	余量
配料4	5.8％	2.4％	1.8％	0.2％	余量
						配料5	6.0％	2.2％	2.0％	0.1％	余量

表4

合金	σ<sub>b</sub>(MPa)	σ<sub>0.2</sub>(MPa)	δ(％)	R<sub>腐蚀720h</sub>(Ω)
					配料1	465	334	14.3	95.6
成分2	470	341	14.5	98.0
					配料3	478	343	15.0	99.5
配料4	473	342	14.6	98.3
					配料5	476	345	14.8	97.8

Claims (3)

1.一种耐腐蚀稀土微合金化铝合金，其特征在于由以下质量百分比的元素组成：0＜Si≤0.4％、0＜Fe≤0.5％、Cu：1.2％-2.0％、Mn≤0.3％、Mg：2.1％-2.9％、Cr：0.18％-0.28％、Zn：5.1％-6.1％、Ti≤0.2％、Y：≤0.05％、Ce：≤0.05％，余量为Al。

2.如权利要求1所述耐腐蚀稀土微合金化铝合金，其特征在于单个杂质质量百分比≤0.05％，合计杂质质量百分比≤0.15％。

3.权利要求1所述耐腐蚀稀土微合金化铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按所述的质量百分比配料；

2)将纯铝锭、纯锌锭、纯铜锭及铝硅合金、铝铁合金、铝锰合金、铝铬合金、铝钛合金加入到真空熔炼炉中，当熔体升温达到760℃时加入铝铈中间合金和铝钇中间合金，775～785℃保温并搅拌1h，得到铝合金溶体A；降温至720℃，加入纯镁锭，在700～710℃保温并搅拌15min，得到铝合金熔体B；加入覆盖剂，精炼至每100克铝合金熔体中的氢含量≤0.20ml，静置得到铝合金溶体C；

3)铝合金溶体C在温度为725℃～735℃的条件下进行铸造，得到稀土微合金化铝合金铸锭；

4)将所得稀土微合金化铝合金铸锭在450～480℃进行固溶处理，保温时间为0.5h～1h，取出后丢入水中做淬火处理，得到固溶态铝合金；

5)将所得固溶态铝合金在110℃时效处理6小时，随炉冷却后得到预时效后的稀土微合金化铝合金。