CN110093538A

CN110093538A - 一种耐热、耐蚀铝合金及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN110093538A
Application number: CN201910431114.4A
Authority: CN
Inventors: 刘惠; 赵国群
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2019-08-06
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: CN110093538B

Abstract

本发明公开了一种耐热、耐蚀铝合金及其制备方法与应用，铝合金，由以下重量百分数的组分组成：Mg 5.5‑6.5％，Zr 0.4‑0.7％，Mn 0.5‑1.0％，Ti 0‑0.15％，Sc 0.15‑0.35％或/和Ag 0.1‑0.4％，Si≤0.40％，Fe≤0.40％，其他杂质总量≤0.15％，余量为Al。Al‑Mg系合金具有优良的耐蚀性能，在该铝合金中加入了Mg、Zr、Sc、Ag和Mn等微合金化元素，并提高了它们的含量，除了有利于细化晶粒外，还可以提高合金的高温稳定性，进而提高合金的耐热性能。使铝合金同时具有良好的耐蚀性能和耐热性能。

Description

一种耐热、耐蚀铝合金及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于有色金属及其加工技术领域，具体涉及一种耐热、耐蚀铝合金及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

铝合金是以铝为基的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，其他合金元素有镍、铁、钛、锆、钪、银、铬、锂等，具有密度低、强度高、塑性好等优势，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

随着铝合金技术的不断发展，国内外开发了耐热型铝合金、耐蚀型铝合金等多种用途合金。但是在高温、海水、海洋性气候等复杂使用环境中使用时，对铝合金的耐高温、耐蚀性能要求较高，发明人经过研究发现，现有的铝合金往往难以同时具备良好的耐高温和耐蚀性能，如2618、2A70等Al-Cu-Fe系合金在室温及200℃高温下，具有良好的力学性能。但该类合金耐蚀性不好，合金中含Cu量较大，易与Al生成CuAl₂相，且沿晶界连续析出，从而导致沿晶腐蚀，难以满足海水或海洋性气候环境要求。5A06、5083等Al-Mg系合金虽然具有优良的耐蚀性能，但该类合金的耐高温性能较差，在150℃下，合金屈服强度仅有120-130MPa，难以满足高温使用需求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种耐热、耐蚀铝合金及其制备方法与应用，该铝合金在室温下的力学性能强度等级达到440MPa(屈服强度等级达到330MPa)，150℃高温力学性能强度等级达到320MPa(屈服强度等级达到260MPa)，200℃高温力学性能强度等级达到250MPa(屈服强度等级达到230MPa)，具有优良的室温及高温力学性能，同时，具有优良的耐蚀性能，抗晶间腐蚀速率为10-14mg/cm²。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种耐热、耐蚀铝合金，由以下重量百分数的组分组成：Mg 5.5-6.5％，Zr 0.4-0.7％，Mn 0.5-1.0％，Ti 0-0.15％，Sc 0.15-0.35％或/和Ag 0.1-0.4％，Si≤0.40％，Fe≤0.40％，其他杂质总量≤0.15％，余量为Al。

Al-Mg系合金具有优良的耐蚀性能，在该铝合金中加入了Mg、Zr和Mn等微合金化元素，并提高了它们的含量，Mg元素为除Al之外的主元素，形成β相，起强化作用；Mn元素主要提高再结晶温度，形成的第二相粒子也起到了一定的弥散作用；Zr起到细化晶粒，抑制再结晶的作用。三种元素各有各的作用。如果说高温性能，主要是Zr元素起作用。三种元素的协同作用除了有利于细化晶粒外，还可以提高合金的高温稳定性，进而提高合金的耐热性能。使铝合金同时具有良好的耐蚀性能和耐热性能。

在一些实施例中，其他单个杂质的量≤0.05％。

上述耐热、耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：

配制除镁元素之外的其他原料，熔化、雾化，制备合金粉末；

所述合金粉末经筛选后与纯镁粉混合均匀；

在真空条件下加热，然后进行热等静压，最后进行热挤压、退火，制得铝合金。

先制备合金粉末，然后将合金粉末与纯镁粉末混合，是为了更好地控制镁元素的含量。因为在合金粉末制备过程中需要加热熔化，在高温下，镁元素烧损严重，影响镁的含量。

在一些实施例中，所述原料为铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sc中间合金和纯Ag板。

在一些实施例中，所述雾化的温度为850-1050℃。雾化温度过小无法实现喷粉，过大烧损严重，也不利于设备保护。

在一些实施例中，所述合金粉末经筛选后的粒径小于200目。合金粉末粒径过大，细晶效果差，也不利于高温性能的提高。

在一些实施例中，在真空条件下加热的温度为470-520℃，真空度为1×10^-2-1×10^-4Pa。

在一些实施例中，热等静压的加热温度为420-480℃，压力为100-150MPa。为了在高温高压下压实粉末，提高粉末合金的综合性能，包括力学性能、耐蚀性能和耐热性能。

在一些实施例中，热挤压的温度为460-480℃、保温时间为6-8h，挤压比为10-20，挤压速度为0.2-0.8m/min。挤压温度及保温时间是根据合金的特性设定的工艺参数，便于挤压成形，同时保证合金的综合性能(挤压温度低了，材料热成形塑性差，挤压温度高了，导致材料过烧)；挤压比是为了保证合金变形充分，变形不充分，影响合金的综合性能；挤压速度是为了保证棒材表面质量，速度过快，表面出现裂纹。

在一些实施例中，退火的温度为300-360℃，退火保温时间为3-8h。

上述制备方法制备得到的铝合金型材。该铝合金型材具有良好的耐蚀性和耐热性。

在一些实施例中，所述铝合金型材的截面形状为圆形、方形、扁平或异形。可以根据具体的需求配合相应的模具挤压成型。

所述耐蚀、耐热铝合金在高温、海水或海洋性气候环境中的应用。

由于制备的铝合金具有良好的耐蚀和耐热性能，可以较好地应用在湿热的环境中。

本发明的有益效果为：

1、Al-Mg系合金具有优良的耐蚀性能，Zr、Sc、Ag等微合金化元素的添加，除了细化晶粒外，还提高了合金的高温稳定性，保证合金具有优良的耐热性能；

2、采用粉末制备、热等静压及挤压工艺制备型材，合金晶粒细小，组织均匀；

3、合金的成分及制备工艺均考虑了国内装备水平，具有较大的窗口，可以保证工业化生产的顺利实施。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

在雾化炉中升温熔化除Mg之外的原材料，然后在900℃温度下进行雾化成粉。将雾化后的粉末去除200目以上的颗粒，然后按照6.2％的比例加入纯镁粉，充分混合均匀；将混合好的粉末装入铝包套，加热抽真空，加热温度480℃，真空度1×10^-4Pa，然后进行热等静压，加热温度460℃，压力100MPa；在热挤压过程中坯料加热温度470℃、保温时间6h，挤压比为20，挤压速度0.8m/min，挤压棒材尺寸规格Φ10.5mm；退火温度为360℃，退火保温时间为8h。

实施例2

在雾化炉中升温熔化除Mg之外的原材料，然后在1050℃温度下进行雾化成粉。将雾化后的粉末去除200目以上的颗粒，然后按照6.5％的比例加入纯镁粉，充分混合均匀；将混合好的粉末装入铝包套，加热抽真空，加热温度480℃，真空度1×10^-2Pa，然后进行热等静压，加热温度460℃，压力130MPa；在热挤压过程中坯料加热温度470℃、保温时间6h，挤压比为10，挤压速度0.2m/min，挤压棒材尺寸规格Φ10.5mm；退火温度为300℃，退火保温时间为5h。

实施例3

在雾化炉中升温熔化除Mg之外的原材料，然后在850℃温度下进行雾化成粉。将雾化后的粉末去除200目以上的颗粒，然后按照5.6％的比例加入纯镁粉，充分混合均匀；将混合好的粉末装入铝包套，加热抽真空，加热温度480℃，真空度1×10^-3Pa，然后进行热等静压，加热温度460℃，压力120MPa；在热挤压过程中坯料加热温度470℃、保温时间7h，挤压比为15，挤压速度0.4m/min，挤压棒材尺寸规格Φ10.5mm；退火温度为340℃，退火保温时间为4h。

实施例4

在雾化炉中升温熔化除Mg之外的原材料，然后在900℃温度下进行雾化成粉。将雾化后的粉末去除200目以上的颗粒，然后按照6.0％的比例加入纯镁粉，充分混合均匀；将混合好的粉末装入铝包套，加热抽真空，加热温度480℃，真空度5×10^-4Pa，然后进行热等静压，加热温度460℃，压力120MPa；在热挤压过程中坯料加热温度470℃、保温时间8h，挤压比为18，挤压速度0.6m/min，挤压棒材尺寸规格Φ10.5mm；退火温度为340℃，退火保温时间为7h。

实施例5

在雾化炉中升温熔化除Mg之外的原材料，然后在1050℃温度下进行雾化成粉。将雾化后的粉末去除200目以上的颗粒，然后按照6.0％的比例加入纯镁粉，充分混合均匀；将混合好的粉末装入铝包套，加热抽真空，加热温度480℃，真空度5×10^-3Pa，然后进行热等静压，加热温度460℃，压力110MPa；在热挤压过程中坯料加热温度470℃、保温时间6-8h，挤压比为13，挤压速度0.6m/min，挤压棒材尺寸规格Φ10.5mm；退火温度为360℃，退火保温时间为3h。

表1给出了实施例1-5制备的耐热耐蚀铝合金的合金元素质量百分比。

表1合金元素质量百分比

实施例	Mg	Zr	Mn	Ti	Sc	Ag	Fe	Si
									1	6.1	0.6	0.8	0.02	0.15	0.2	0.13	0.10
2	6.4	0.6	0.6	0.05	0.18	-	0.18	0.10
									3	5.6	0.7	0.5	0.06	-	0.4	0.16	0.10
4	5.8	0.7	0.8	0.02	-	0.3	0.19	0.10
									5	5.9	0.5	0.7	0.04	0.15	-	0.15	0.10

对实施例1-5制备的合金棒材进行室温拉伸性能、150℃高温拉伸性能及200℃高温拉伸性能测试，结果如表2所示。合金棒材的室温、150℃及200℃高温拉伸性能与2618合金基本相当，具有优良的室温和高温拉伸力学性能。同时对合金棒材进行剥落腐蚀性能和晶间腐蚀性能测试，结果如表3所示。合金棒材的抗剥落腐蚀性能和耐晶间腐蚀性能与5A06合金相当，具有优良的耐蚀性能。

表2实施例1-5制备合金棒材的拉伸性能

表3实施例1-5制备合金棒材的晶间腐蚀性能

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种耐热、耐蚀铝合金，其特征在于：由以下重量百分数的组分组成：Mg 5.5-6.5％，Zr 0.4-0.7％，Mn 0.5-1.0％，Ti 0-0.15％，Sc 0.15-0.35％或/和Ag 0.1-0.4％，Si≤0.40％，Fe≤0.40％，其他杂质总量≤0.15％，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的耐热、耐蚀铝合金，其特征在于：其他单个杂质的量≤0.05％。

3.权利要求1或2所述耐热、耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

所述合金粉末经筛选后与纯镁粉混合均匀；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述原料为铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sc中间合金和纯Ag板。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述雾化的温度为850-1050℃。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述合金粉末经筛选后的粒径小于200目。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在真空条件下加热的温度为470-520℃，真空度为1×10^-2-1×10^-4Pa；

优选的，热等静压的加热温度为420-480℃，压力为100-150MPa。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：热挤压的温度为460-480℃、保温时间为6-8h，挤压比为10-20，挤压速度为0.2-0.8m/min；

退火的温度为300-360℃，退火保温时间为3-8h。

9.权利要求1-8任一所述制备方法制备得到的铝合金型材，

优选的，所述铝合金型材的截面形状为圆形、方形、扁平或异形。

10.权利要求1-3任一所述耐蚀、耐热铝合金在高温、海水或海洋性气候环境中的应用。