CN109722570A

CN109722570A - 一种高刚度、低密度新型铝锂合金及其制备方法

Info

Publication number: CN109722570A
Application number: CN201811185210.7A
Authority: CN
Inventors: 马芳; 范曦; 张豪; 周建党
Original assignee: Jiangsu Haoran Spray Forming Alloy Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Haoran Spray Forming Alloy Co Ltd
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明提供一种高刚度、低密度新型铝锂合金及其制备方法，包括如下质量百分比的金属原材料：3％‑6％锂、1％‑3.5％铜、0.5％‑3％镁、0.1‑0.3％锆、余量为铝。通过优化配方及制备方法使得获得的铝锂合金可达到抗拉强度超过580MPa，屈服强度超过610MPa，延伸率超过6％，密度达到1.9g/cm³。并且具有化学成分均匀，几乎无铸造工艺的成分宏观偏析；含量可有效控制；不需要熔剂覆盖，避免熔剂夹杂；全过程Ar保护，避免氧化物夹杂；无铸造的冷隔、开裂缺陷，锭坯热应力大幅消减；喷射成形均匀快冷，锭坯组织细小均匀；生产全过程无需水冷，不与水接触，不存在浇铸漏流问题，无燃烧、爆炸等风险。

Description

一种高刚度、低密度新型铝锂合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金配方及制备工艺技术领域，尤其涉及一种高刚度、低密度新型铝锂合金及其制备方法。

背景技术

目前国防和军工单位等在飞机机身、地板横梁、机翼纵梁、火箭燃料贮箱及太空飞船资源舱的选材方面，正在积极寻求新型轻质、高强高韧材料。据统计，铝合金中每增加1％的锂含量，合金密度降低3％，同时弹性模量提高6％，用铝锂合金代替传统的铝合金可使构件的质量减轻10％-15％，刚度提高15％-20％。新型铝锂合金在保证各项性能的同时，达到了很好的减重效果，被誉为21世纪航空航天工业中最理想的轻质高强结构材料之一。但目前国内外对高锂(3％)的铝锂合金研究较少，主要以牺牲高锂含量来提高铝锂合金性能。因此，鉴于喷射成形技术的优势以及目前国家需求，采用喷射成形技术制备高锂含量(≥3％)的减轻重量、增强强韧性且组织均匀精细的新型高强高韧铝锂合金材料具有较大的应用前景。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高刚度、低密度新型铝锂合金及其制备方法，为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，一种高刚度、低密度新型铝锂合金，包括如下质量百分比的金属原材料：3％-6％锂、1％-3.5％铜、0.5％-3％镁、0.1-0.3％锆、余量为铝。

其中，包括如下质量百分比的金属原材料：4％-6％锂、1％-3.5％铜、0.5％-3％镁、0.15-0.3％锆、余量为铝。

制备一种高刚度、低密度新型铝锂合金的方法，该制备方法包括如下步骤：

S101：将铝、锂、铜、镁、锆按比例在一级中频熔炼炉中进行高温熔炼，形成液态金属，熔炼温度为680-760℃。

S102：加入除渣剂，对液态金属进行精炼、除渣、除气；

S103：将液态金属经过中间包进行保温、二次除渣及二次除气；

S104：将中间包中的液态金属在惰性气氛中雾化，形成颗粒喷射流；

S105：喷射成形，形成铝锂合金锭坯。

进一步的，所述步骤S103中，液态金属经过中间包进行保温的温度为680-760℃。

进一步的，所述步骤S104中，所述惰性气氛中惰性气体为氩气。

进一步的，所述步骤S104中的参数为，斜喷角10°-30°，接收距离600mm，接收盘转速40-60r/min，下降速度2-4mm/s，雾化温度760-850℃，雾化压力0.8MPa。

进一步的，还包括，步骤S106：将铝锂合金锭坯自然冷却。

本发明所带来的有益效果：通过优化配方及制备方法使得获得的铝锂合金可达到抗拉强度超过580MPa，屈服强度超过610MPa，延伸率超过6％，密度达到1.9g/cm³。并且具有以下优势：

1、化学成分均匀，几乎无铸造工艺的成分宏观偏析；

2、含量可有效控制；

3、不需要熔剂覆盖，避免熔剂夹杂；

4、全过程Ar保护，避免氧化物夹杂；

5、无铸造的冷隔、开裂缺陷，锭坯热应力大幅消减；

6、喷射成形均匀快冷，锭坯组织细小均匀；

7、生产全过程无需水冷，不与水接触，不存在浇铸漏流问题，无燃烧、爆炸等风险。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

在一些说明性的实施例中，

实施例1：

高刚度、低密度新型铝锂合金，包括如下质量百分比的金属原材料：3％-6％锂、1％-3.5％铜、0.5％-3％镁、0.1-0.3％锆、余量为铝。

S101：将铝、锂、铜、镁、锆按上述比例在一级中频熔炼炉中进行高温熔炼，形成液态金属，熔炼温度为680-760℃。

S102：加入除渣剂，对液态金属进行精炼、除渣、除气；除渣剂，除渣剂优选为上海虹光金属熔剂厂，HGJ-1A铝合金无公害精炼剂，块状。添加量约为50克/吨。

S103：将液态金属经过中间包进行保温、二次除渣及二次除气；液态金属经过中间包进行保温的温度为680-760℃。

S104：将中间包中的液态金属在惰性气氛中雾化，形成颗粒喷射流。所述惰性气氛中惰性气体为氩气。参数为，斜喷角10°-30°，接收距离600mm，接收盘转速40-60r/min，下降速度2-4mm/s，雾化温度760-850℃，雾化压力0.8MPa。

S105：可以通过全自动喷射成形设备使颗粒喷射流高速沉积到基板上，进行凝固后喷射成型，形成铝锂合金锭坯；

S106：将铝锂合金锭坯自然冷却，消除残余应力。制备好的铝锂合金锭坯可通过车削进行进一步处理。

经过对上述产品进行相关性能检测，抗拉强度超过580MPa，屈服强度超过610MPa，延伸率超过6％，密度达到1.9g/cm³。优于现有铝锂合金性能，具有高刚度、低密度的优良特性。

实施例2：

高刚度、低密度新型铝锂合金，包括如下质量百分比的金属原材料：4％-6％锂、1％-3.5％铜、0.5％-3％镁、0.15-0.3％锆、余量为铝。

S102：加入除渣剂，对液态金属进行精炼、除渣、除气；除渣剂的添加量约为50克/吨。

S105：可以通过全自动喷射成形设备使颗粒喷射流高速沉积到基板上，进行凝固后喷射成形，形成铝锂合金锭坯；

经过对上述产品进行相关性能检测，抗拉强度超过580MPa，屈服强度超过610MPa，延伸率超过6％，密度达到1.9g/cm3。优于现有铝锂合金性能，具有高刚度、低密度的优良特性。

其中，全自动喷射成形设备采用了喷射成形技术，喷射成形技术是让熔融金属从细小的导液管内流出，在充满惰性气体的舱中被高压气体所雾化。雾化的液滴被喷射到称作“收集器”的基板上，在半熔融半凝固的状态下进行凝固。改变收集器的形状或运动方式，就能制成各种形状大小的半成品，如环、圆锭和板坯等。

采用喷射成形技术生产新型铝锂合金锭坯，在锭坯质量和规格上都具备明显的技术优势，解决了合金成分偏析、组织粗大和强化相偏聚的问题，避免高锂合金锂元素的偏聚以及氧化，极大地提高了铝锂合金的加工性能和使用性能，以及材料的利用率，降低了生产成本。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims

1.一种高刚度、低密度新型铝锂合金，其特征在于，包括如下质量百分比的金属原材料：3％-6％锂、1％-3.5％铜、0.5％-3％镁、0.1-0.3％锆、余量为铝。

2.根据权利要求1所述的高刚度、低密度新型铝锂合金，其特征在于，包括如下质量百分比的金属原材料：4％-6％锂、1％-3.5％铜、0.5％-3％镁、0.15-0.3％锆、余量为铝。

3.制备权利要求1或2任一项一种高刚度、低密度新型铝锂合金的方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

S102：加入除渣剂，对液态金属进行精炼、除渣、除气；

S105：喷射成形，形成铝锂合金锭坯。

4.根据权利要求3所述的高刚度、低密度新型铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S103中，液态金属经过中间包进行保温的温度为680-760℃。

5.根据权利要求4所述的高刚度、低密度新型铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S104中，所述惰性气氛中惰性气体为氩气。

6.根据权利要求5所述的高刚度、低密度新型铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S104中的参数为，斜喷角10°-30°，接收距离600mm，接收盘转速40-60r/min，下降速度2-4mm/s，雾化温度760-850℃，雾化压力0.8MPa。

7.根据权利要求6所述的高刚度、低密度新型铝锂合金的制备方法，其特征在于，还包括，步骤S106：将铝锂合金锭坯自然冷却。