CN109609821A - 一种高强度耐腐蚀铝合金粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐腐蚀铝合金粉及其制备方法，主要涉及铝合金材料技术领域，包括Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al，其中Si的质量分数为0.2‑0.3％、Cu的质量分数为5‑8％、Fe的质量分数为3‑5％、Mn的质量分数为0.2‑0.4％、Ni的质量分数为2‑3％、Zr的质量分数为0.1‑0.15％、Cr的质量分数为0.4‑0.6％、余量为Al，利用本发明的铝合金粉获得的铝合金零部件力学性能优异、耐腐蚀性好，可以替代部分航空飞行器中使用的钛合金。

Description

一种高强度耐腐蚀铝合金粉及其制备方法

技术领域

本发明主要涉及铝合金材料技术领域，具体是一种高强度耐腐蚀铝合金粉 及其制备方法。

背景技术

由于铝合金具有密度低(仅为2.7g/cm3，是钛合金密度的60％，是钢铁密 度的35％)、比强度高、比刚度高、耐腐蚀、加工成本低、可再生回收等优点， 在航空飞行器上得到了广泛的应用。目前，各种型号的铝合金材料已在民用或 军用飞机上获得了广泛地应用，如舱壁、蒙皮、上梁弦条、桁条等零部件已使 用了2xxx系和7xxx系铝合金型材、板材等。

随着飞行器的服役环境日趋复杂，如在高腐蚀海洋环境下应用的军用飞机， 对材料的要求不仅限于其静力强度等力学性能指标，也对其腐蚀性能提出了更 高的要求，而这些耐蚀性要求较高的零部件多由材料成本和加工工艺复杂的钛 合金制备，在同等级材料强度的情况下，采用铝合金材料的航空飞行器构件可 获得更高的比强度，并有效减轻飞行器的质量，使飞行器获得更优越的机动性 和燃油效率，铝合金的原材料的生产和后续制造加工的成本也远低于钛合金， 因此，采用高强、超高强铝合金替代钛合金或钢铁作为航空重要承力构件的材 料是一个较好的低成本、高性价比的解决方案，如何获得高的合金强度和较好 的耐腐蚀性能的铝合金粉，是现实的难题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种高强度耐腐蚀铝合 金粉及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种中强度耐腐蚀铝 合金粉，包括Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al，其中Si的质量分数为0.2-0.3％、 Cu的质量分数为5-8％、Fe的质量分数为3-5％、Mn的质量分数为0.2-0.4％、Ni 的质量分数为2-3％、Zr的质量分数为0.1-0.15％、Cr的质量分数为0.4-0.6％、 余量为Al。

作为本发明的进一步改进，所述Si的质量分数为0.2％、Cu的质量分数为 5％、Fe的质量分数为3％、Mn的质量分数为0.2％、Ni的质量分数为2％、Zr的质 量分数为0.1％、Cr的质量分数为0.4％、Al的质量分数89％。

作为本发明的进一步改进，所述Si的质量分数为0.3％、Cu的质量分数为 8％、Fe的质量分数为5％、Mn的质量分数为0.4％、Ni的质量分数为3％、Zr的质 量分数为0.15％、Cr的质量分数为0.6％、Al的质量分数82.75％。

作为本发明的进一步改进，所述Si的质量分数为0.25％、Cu的质量分数为 6％、Fe的质量分数为4％、Mn的质量分数为0.3％、Ni的质量分数为2.5％、Zr的 质量分数为0.12％、Cr的质量分数为0.5％、Al的质量分数86.33％。

作为本发明的进一步改进，所述Si的质量分数为0.25％、Cu的质量分数为 7％、Fe的质量分数为4.5％、Mn的质量分数为0.25％、Ni的质量分数为2.8％、 Zr的质量分数为0.13％、Cr的质量分数为0.55％、Al的质量分数84.52％。

作为本发明的进一步改进，还包括Ge，所述Ge的质量分数为2-2.5％。

一种中强度耐腐蚀铝合金粉的制备方法，包括，

(1)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al按质量分数，将其置于熔炼坩 埚中；

(2)将熔炼坩埚抽真空至其真空度为5-7Pa后，充入氩气至微正压；

(3)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al置于1500-1800℃条件下熔炼成 熔炼液后，再将熔炼液置于800-1000℃条件下保温静置30-60min，制得合金熔 炼液；

(4)在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾 化，将其破碎成小液滴后快速冷却，使其凝固成金属粉末；

(5)收集制得的金属粉末，经筛分进行粒度分级得到铝合金粉。

作为本发明的进一步改进，所述铝合金粉的粒径为20～40μm。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：利用本发明的铝合金粉获得 的铝合金零部件力学性能优异、耐腐蚀性好，可以替代部分航空飞行器中使用 的钛合金。

具体实施方式

为了本发明的技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合具体实施例对 本发明进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于 理解本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种中强度耐腐蚀铝合金粉，包括Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al，其 中Si的质量分数为0.2-0.3％、Cu的质量分数为5-8％、Fe的质量分数为3-5％、 Mn的质量分数为0.2-0.4％、Ni的质量分数为2-3％、Zr的质量分数为0.1-0.15％、 Cr的质量分数为0.4-0.6％、余量为Al。

实施例1

采用惰性气雾化法制粒制备铝合金粉，包括如下步骤，

(1)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al按质量分数，将其置于熔炼坩 埚中；

(2)将熔炼坩埚抽真空至其真空度为5Pa后，充入氩气至微正压；

(3)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al置于1500℃条件下熔炼成熔炼 液后，再将熔炼液置于800℃条件下保温静置30min，制得合金熔炼液；

(4)在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾 化，将其破碎成小液滴后快速冷却，使其凝固成金属粉末；

(5)收集制得的金属粉末，经筛分进行粒度分级得到铝合金粉，铝合金粉 的粒径为20～40μm。

所述Si的质量分数为0.2％、Cu的质量分数为5％、Fe的质量分数为3％、Mn 的质量分数为0.2％、Ni的质量分数为2％、Zr的质量分数为0.1％、Cr的质量分 数为0.4％、Al的质量分数89％。

使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了机翼桁条 部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了 试样的力学性能为：抗拉强度500MPa、屈服强度504MPa、延伸率8.2％。按 HG20581标准，溶液体系为NaCl+KNO3+HNO3，试验温度为25℃，腐蚀时间为120h， 经判定，桁条部件的腐蚀等级为：Ⅱ级。

实施例2

采用惰性气雾化法制粒制备铝合金粉，包括如下步骤，

(1)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al按质量分数，将其置于熔炼坩 埚中；

(2)将熔炼坩埚抽真空至其真空度为6Pa后，充入氩气至微正压；

(3)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al置于1600℃条件下熔炼成熔炼 液后，再将熔炼液置于900℃条件下保温静置40min，制得合金熔炼液；

(4)在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾 化，将其破碎成小液滴后快速冷却，使其凝固成金属粉末；

(5)收集制得的金属粉末，经筛分进行粒度分级得到铝合金粉，铝合金粉 的粒径为20～40μm。

所述Si的质量分数为0.3％、Cu的质量分数为8％、Fe的质量分数为5％、Mn 的质量分数为0.4％、Ni的质量分数为3％、Zr的质量分数为0.15％、Cr的质量 分数为0.6％、Al的质量分数82.75％。

使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了机翼桁条 部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了 试样的力学性能为：抗拉强度480MPa、屈服强度489MPa、延伸率8.5％。按 HG20581标准，溶液体系为NaCl+KNO3+HNO3，试验温度为25℃，腐蚀时间为120h， 经判定，桁条部件的腐蚀等级为：Ⅱ级。

实施例3

采用惰性气雾化法制粒制备铝合金粉，包括如下步骤，

(1)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al按质量分数，将其置于熔炼坩 埚中；

(2)将熔炼坩埚抽真空至其真空度为6Pa后，充入氩气至微正压；

(3)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al置于1700℃条件下熔炼成熔炼 液后，再将熔炼液置于900℃条件下保温静置50min，制得合金熔炼液；

(4)在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾 化，将其破碎成小液滴后快速冷却，使其凝固成金属粉末；

(5)收集制得的金属粉末，经筛分进行粒度分级得到铝合金粉，铝合金粉 的粒径为20～40μm。

所述Si的质量分数为0.25％、Cu的质量分数为6％、Fe的质量分数为4％、 Mn的质量分数为0.3％、Ni的质量分数为2.5％、Zr的质量分数为0.12％、Cr的 质量分数为0.5％、Al的质量分数86.33％。

使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了机翼桁条 部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了 试样的力学性能为：抗拉强度512MPa、屈服强度421MPa、延伸率8.6％。按 HG20581标准，溶液体系为NaCl+KNO3+HNO3，试验温度为25℃，腐蚀时间为120h， 经判定，桁条部件的腐蚀等级为：I级。

实施例4

采用惰性气雾化法制粒制备铝合金粉，包括如下步骤，

(1)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al按质量分数，将其置于熔炼坩 埚中；

(2)将熔炼坩埚抽真空至其真空度为7Pa后，充入氩气至微正压；

(3)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al置于1800℃条件下熔炼成熔炼 液后，再将熔炼液置于1000℃条件下保温静置60min，制得合金熔炼液；

(4)在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾 化，将其破碎成小液滴后快速冷却，使其凝固成金属粉末；

(5)收集制得的金属粉末，经筛分进行粒度分级得到铝合金粉，铝合金粉 的粒径为20～40μm。

所述Si的质量分数为0.25％、Cu的质量分数为7％、Fe的质量分数为4.5％、 Mn的质量分数为0.25％、Ni的质量分数为2.8％、Zr的质量分数为0.13％、Cr的 质量分数为0.55％、Al的质量分数84.52％。

使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了机翼桁条 部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了 试样的力学性能为：抗拉强度462MPa、屈服强度406MPa、延伸率8.1％。按HG20581标准，溶液体系为NaCl+KNO3+HNO3，试验温度为25℃，腐蚀时间为120h， 经判定，桁条部件的腐蚀等级为：Ⅱ级。

Claims (8)

1.一种中强度耐腐蚀铝合金粉，其特征在于：包括Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al，其中Si的质量分数为0.2-0.3％、Cu的质量分数为5-8％、Fe的质量分数为3-5％、Mn的质量分数为0.2-0.4％、Ni的质量分数为2-3％、Zr的质量分数为0.1-0.15％、Cr的质量分数为0.4-0.6％、余量为Al。

2.根据权利要求1所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉，其特征在于：所述Si的质量分数为0.2％、Cu的质量分数为5％、Fe的质量分数为3％、Mn的质量分数为0.2％、Ni的质量分数为2％、Zr的质量分数为0.1％、Cr的质量分数为0.4％、Al的质量分数89％。

3.根据权利要求1所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉，其特征在于：所述Si的质量分数为0.3％、Cu的质量分数为8％、Fe的质量分数为5％、Mn的质量分数为0.4％、Ni的质量分数为3％、Zr的质量分数为0.15％、Cr的质量分数为0.6％、Al的质量分数82.75％。

4.根据权利要求1所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉，其特征在于：所述Si的质量分数为0.25％、Cu的质量分数为6％、Fe的质量分数为4％、Mn的质量分数为0.3％、Ni的质量分数为2.5％、Zr的质量分数为0.12％、Cr的质量分数为0.5％、Al的质量分数86.33％。

5.根据权利要求1所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉，其特征在于：所述Si的质量分数为0.25％、Cu的质量分数为7％、Fe的质量分数为4.5％、Mn的质量分数为0.25％、Ni的质量分数为2.8％、Zr的质量分数为0.13％、Cr的质量分数为0.55％、Al的质量分数84.52％。

6.根据权利要求1所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉，其特征在于：还包括Ge，所述Ge的质量分数为2-2.5％。

7.一种根据权利要求1-6任一所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉的制备方法，其特征在于：包括，

(1)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al按质量分数，将其置于熔炼坩埚中；

(2)将熔炼坩埚抽真空至其真空度为5-7Pa后，充入氩气至微正压；

(3)将Si、Cu、Fe、Mn、Ni、Zr、Cr、Al置于1500-1800℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于800-1000℃条件下保温静置30-60min，制得合金熔炼液；

(4)在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后快速冷却，使其凝固成金属粉末；

(5)收集制得的金属粉末，经筛分进行粒度分级得到铝合金粉。

8.根据权利要求7所述的一种中强度耐腐蚀铝合金粉的制备方法，其特征在于：所述铝合金粉的粒径为20～40μm。