CN112375948B - 一种高温抗蠕变变形的铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温抗蠕变变形的铝合金及其制备方法和应用，所述高温抗蠕变变形的铝合金的成分包括：Si、Mg、Mn、Cu、Ti、Ni、Nd和Al。本发明所涉及的铝合金采用硅镁铜元素作为强化项元素，且同时添加金属镍、钕，固溶处理后，使其生成的高熔点中间化合金物有效钉扎在晶界处，在高温状况下有效地避免晶界的滑移，因而具有良好高温耐热抗蠕变性能，各组分配比合理，耐热性能提高，高温尺寸稳定性能提高，且具有优异的机械性能；同时阳极氧化性能良好，可以得到外观精美的视觉效果。

Description

一种高温抗蠕变变形的铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种高温抗蠕变变形的铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
部分铝合金防火门窗，防火幕墙结构在受到火灾时，由于其耐热性能不佳，短时间内变形严重现象，室内人员开启逃离困难；及少量夏季受到太阳暴晒时，表面温度或达70℃以上的建筑承重铝结构，铝结构变形应力增强，少数铝合金门窗玻璃出现开裂现象；有小数高空幕墙玻璃出现脱落现象，给安全带来隐患。因此，提升铝合金高温耐热抗蠕变性能，可以大大提升该铝制门窗、高空幕墙的安全系数。
CN108950314A公开了一种耐高温铝合金汽车轮毂的制备方法，所述铝合金汽车轮毂按重量份包括95-97份铝、1-1.5份镁、0.2-0.5份铬、0.5-0.8份锌、0.05-0.1份锡、0.5-0.8份铁、1-2份耐高温纳米粉末，其中所述耐高温纳米粉末按重量份包括30-40份碳、50-60份钴、5-8份镍、5-10份铋、1-5份钛。经测试，该铝合金汽车轮毂，耐高温性能好，进而提高了铝合金质轮毂的适用性。
CN108642354A公开了一种汽车发动机用耐高温抗腐蚀铝合金型材及其制备方法，其中，铝合金基体包括以下组分：Cu、Mn、Cr、Zr、B、Be、Mg、Zn、Si、Fe、Ti、Ni、V、La、Eu、Er，其余为Al及不可避免的杂质；涂层的原料按重量份包括：25-40份TiC、15-25份NiO、10-20份TiO2。本发明提出的一种汽车发动机用耐高温抗腐蚀铝合金型材及其制备方法，铝合金型材具有良好的力学性能及优异的耐高温和抗腐蚀性能，其使用寿命长，有效提高汽车发动机性能。
现有技术中关于如何更好地提高铝合金的耐高温抗蠕变性能以及如何兼顾优异的机械性能的策略还十分有限，因此开发出一种具有优异高温抗蠕变变形性能和机械性能的新的铝合金产品是非常有意义的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高温抗蠕变变形的铝合金及其制备方法和应用。
本发明所提及的“高温抗蠕变变形”是指200℃下蠕变系数低于2.52×10-6(ε)。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种高温抗蠕变变形的铝合金，所述高温抗蠕变变形的铝合金的成分包括：Si、Mg、Mn、Cu、Ti、Ni、Nd和Al。
本发明所涉及的铝合金采用硅镁铜元素作为强化项元素，且同时添加金属镍、钕，固溶处理后，使其生成的高熔点中间化合金物有效钉扎在晶界处，在高温状况下有效地避免晶界的滑移，因而具有良好高温耐热抗蠕变性能，各组分配比合理，耐热性能提高，高温尺寸稳定性能提高，且具有优异的机械性能；同时阳极氧化性能良好，可以得到外观精美的视觉效果。
优选地，所述高温抗蠕变变形的铝合金的成分以重量百分含量计包括：Si 0.55-0.75％、Mg 0.80-1.20％、Mn 0.05-0.15％、Cu 0.55-0.80％、Ti 0.01-0.05％、Ni 1.40-1.90％、Nd 0.50-1.00％和Al 93.5-96.00％。
本发明所涉及的铝合金中各组分按照上述特定的质量进行搭配时，在高温耐热抗蠕变性能和机械性能方面具有最好的效果。
所述硅元素的重量百分含量可以为0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％等；所述镁元素的重量百分含量可以为0.80％、0.90％、1.00％、1.10％、1.20％等；所述锰元素的重量百分含量可以为0.05％、0.08％、0.10％、0.12％、0.15％等；所述铜元素的重量百分含量可以为0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％等；所述钛元素的重量百分含量可以为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％等；所述镍元素的重量百分含量可以为1.40％、1.50％、1.60％、1.70％、1.80％或1.90％等；所述钕的重量百分含量可以为0.50％、0.60％、0.70％、0.80％、0.90％、1.00％等；所述铝的重量百分含量可以为93.50％、94.00％、95.00％、96.00％等。上述各数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述高温抗蠕变变形的铝合金的成分中还包括杂质，所述杂质包括Fe、Zn、Cr、Zr，且单个杂质在所述铝合金中的重量百分含量不超过0.05％，例如0.05％、0.04％、0.03％、0.02％或0.01％等。
优选地，所述高温抗蠕变变形的铝合金的制备原料包括：铝锭、镁锭、电解铜、铝锰合金、铝硅合金、镍铝合金、稀土钕和铝钛硼合金杆。
本发明所涉及的铝合金采用上述特定的各项制备原料，使制得的产品进一步能够获得优异的高温耐热抗蠕变性能和机械性能。
优选地，所述铝锭为铝含量99.5-99.9％的铝锭，例如99.5％、99.6％、99.7％、99.8％或99.9％等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述镁锭为镁含量99.65-99.95％的镁锭，例如99.65％、99.75％、99.85％或99.95％等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述电解铜为铜含量99.80-99.9％的电解铜，例如99.80％、99.82％、99.85％、99.88％或99.90％等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述铝锰合金包括铝锰10合金。
优选地，所述铝硅合金包括铝硅20合金。
优选地，所述镍铝合金为镍含量25％以上的镍铝合金，例如25％、30％、35％、40％、45％或50％等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述稀土钕为钕含量99.3-99.7％的稀土钕，例如99.3％、99.4％、99.5％、99.6％或99.7％等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述铝钛硼合金杆包括一级AlTi5B1合金杆。
本发明所涉及的铝锭、镁锭、电解铜、铝锰合金、铝硅合金、镍铝合金、稀土钕和铝钛硼合金杆采用上述特定的优选类型，是获得的铝合金产品具有更加优异的机械性能和高温耐热抗蠕变性能。
第二方面，本发明提供一种如上所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭加热熔化，并与铝硅合金、镁锭、铝锰合金、电解铜、镍铝合金混合，搅拌反应，得到第一铝合金液；
(2)采用打渣剂对步骤(1)得到的第一铝合金液进行喷吹搅拌，静置后去除表面浮渣，再与稀土钕混合搅拌，得到第二铝合金液；
(3)对步骤(2)得到的第二铝合金液进行喷吹精炼处理，静置后扒渣，得到第三铝合金液；
(4)将步骤(3)得到的第三铝合金液与铝钛硼合金杆混合，进行细化处理，再将细化后的铝合金液进行除气和过滤处理；
(5)将步骤(4)除气过滤处理后的铝合金液进行半连续铸造，并强水冷却，得到半连续铸造铝合金圆棒；
(6)将半连续铸造铝合金圆棒进行均匀化处理，之后冷却；
(7)将均匀化处理后的半连续铸造铝合金圆棒进行热挤压，挤出后强水冷却；
(8)将热挤压后的产品进行时效处理，冷却，得到所述高温抗蠕变变形的铝合金。
优选地，步骤(1)所述加热熔化的温度为730-760℃，例如730℃、735℃、740℃、745℃、750℃或760℃等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(1)所述搅拌反应的时间为15-25min，例如15min、18min、20min、22min或25min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述打渣剂的用量为每吨第一铝合金液加入1-1.5公斤打渣剂，例如1.0公斤、1.2公斤、1.3公斤、1.4公斤或1.5公斤等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述静置的时间为3-8min，例如3min、4min、5min、6min、7min或8min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述与稀土钕混合搅拌的时间为20-30min，例如20min、22min、25min、28min或30min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
步骤(2)得到第二铝合金液后，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整。
优选地，步骤(3)所述喷吹精炼处理在氩气和精炼剂的条件下进行。
优选地，所述氩气的纯度为99.5％以上，例如99.5％、99.6％、99.7％、99.8％或99.9％等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述精炼剂为无钠精炼剂(是指不含NaCl、NaF、Na2CO3等钠盐的精炼剂)，加入量为每吨第二铝合金液加入2-4公斤精炼剂，例如2公斤、2.5公斤、3公斤、3.5公斤或4公斤等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述喷吹精炼处理的时间为10-30min，例如10min、15min、20min、25min或30min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(3)所述静置的时间为5-10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(3)所述扒渣后再静置5-15min，例如5min、8min、10min、12min、14min或15min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(4)所述细化处理的具体操作包括：将第三铝合金液引入预先加热清理过的流槽，然后用喂丝机加入铝钛硼合金杆进行在线细化处理，所述铝钛硼合金杆的加入量为每吨第三铝合金液中加入2-6公斤(例如2公斤、3公斤、4公斤、5公斤、6公斤等)铝钛硼合金杆。
优选地，步骤(4)所述除气采用除气机进行，所述除气机的石墨转子旋转速度为100-200转/分钟(例如100转/分钟、120转/分钟、150转/分钟、180转/分钟、200转/分钟等)，氩气流量为0.5-0.8m3/h，例如0.5m3/h、0.6m3/h、0.7m3/h、0.8m3/h等。
优选地，步骤(4)所述过滤采用泡沫陶瓷过滤板或管式过滤器进行，所述泡沫陶瓷过滤板的孔隙率为40-60ppi，例如40ppi、45ppi、50ppi、55ppi或60ppi等，管式过滤器为B级以上级别。
优选地，步骤(5)所述半连续铸造的铸造速度为50-70mm/min，例如50mm/min、55mm/min、60mm/min、65mm/min或70mm/min等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。半连续铸造的冷却水压力为0.5-0.8MPa，例如0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa或0.8MPa等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(5)所述半连续铸造时铝合金液的温度为720-740℃，例如720℃、725℃、730℃、735℃或740℃等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(5)所述强水冷却时冷却水的压力为0.5-0.8MPa，例如0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa或0.8MPa等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(6)所述均匀化处理的温度为580-595℃，例如580℃、582℃、585℃、588℃、590℃或595℃等，时间为12-24h，例如12h、15h、18h、20h、22h或24h等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(7)所述热挤压是指将均匀化处理后的铝合金圆棒先加热至500-540℃，然后在模具温度430-450℃、挤压筒温度440-470℃、挤压速度为5-10m/min、挤压比为30-60的条件下挤压成铝合金型材。
优选地，步骤(7)所述强水冷却的水温小于40℃，例如40℃、35℃、30℃、25℃或20℃等，冷却时长不超过7s，例如7s、6s、5s、4s等，冷却至50℃以下，例如50℃、45℃、40℃、35℃、30℃、25℃或20℃等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(8)所述时效处理的温度为180-210℃，例如180℃、190℃、200℃或210℃等，时间为8-12h，例如8h、9h、10h、11h或12h等，上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
第三方面，本发明提供一种如上所述的高温抗蠕变变形的铝合金在制备耐高温铝制品中的应用。例如防火门、防火隔墙、轨道交通车厢等。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所涉及的铝合金采用硅镁铜元素作为强化项元素，且同时添加金属镍、钕，固溶处理后，使其生成的高熔点中间化合金物有效钉扎在晶界处，在高温状况下有效地避免晶界的滑移，因而具有良好高温耐热抗蠕变性能，在200℃/175MPa，200H下，ε≤3.0×10-6。各组分配比合理，耐热性能提高，高温尺寸稳定性能提高，且具有优异的机械性能，常温下抗拉强度≥380Mpa、屈服强度≥350Mpa、伸长率50≥10％；350℃(保温1000秒)下，抗拉强度≥200Mpa、屈服强度≥180Mpa、伸长率50≥10％；同时阳极氧化性能良好，可以得到外观精美的视觉效果。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。下述实施例和对比例中所涉及的精炼剂为(型号：精炼剂6AB，厂家：派罗特克(深圳)高温材料有限公司)；所涉及的打渣剂为(型号：强力除渣剂，厂家：永康市金易迅炉具有限公司)。
实施例1
本实施例提供一种高温抗蠕变变形的铝合金，其由以下质量百分比的成分组成：Si.0.55％、Mg.0.85％、Mn.0.08％、Cu.0.55％、Ni.1.50％、Nd.0.60％、Ti.0.015％；余量为Al，杂质元素Zn≤0.02％、Fe≤0.15％、其他不可避免的杂质元素单个含量≤0.05％。其制备方法如下：
(1)按照铝合金的成分组成及质量百分比，选用铝含量99.7％的铝锭，镁含量99.8％的镁锭，铝硅20中间合金，99.9％铜含量的电解铜片，铝锰10中间合金，Ni含量25％的镍铝合金粉，钕含量99.5％以上的稀土钕金属，一级AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；
(2)将铝锭在730℃加热熔化，然后加入镁锭、铝硅20中间合金、铝锰10中间合金、电解铜片，镍铝合金粉，电磁搅拌20分钟，使用各合金元素充分熔化成铝合金液；喷吹打渣剂，用量为1公斤打渣剂/吨铝液，静置5分钟后去除表面铝液浮渣。再添加稀土钕，电磁搅拌30min后取样进行光谱分析，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整；
(3)用99.9％氩气和无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼处理，精炼剂的用量3公斤精炼剂/吨铝液。喷吹精炼的时间为20分钟，静置10分钟后扒渣，再静置10分钟；
(4)将铝合金液引入预先加热清理过的流槽，然后用喂丝机加入铝钛硼合金杆进行在线细化处理，喂丝机添加的铝钛硼丝量为3公斤/吨铝液；
(5)将细化过的铝合金液依次流过除气箱，除气箱石墨转子旋转速度为150转/分钟和氩气流量为0.6立方米/小时的除气机，再流过孔隙率为60ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤处理；
(6)将720℃铝合金液在DC铸造模台上进行半连续铸造，铸造出来的铝棒强水冷却；铸造速度60毫米/分钟、冷却水压力0.6MPa条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
(7)吊出铸棒后，将半连续铸造铝合金圆棒进行均匀化处理，处理温度590℃，时间为15小时，移出后，水雾强制冷却至25℃；
(8)将均匀化处理后的半连续铸造铝合金圆棒热挤压，铝棒加热至520℃，然后在模具温度440℃、挤压筒温度450℃、挤压速度为6米/分钟、挤压比为45的条件下挤压成铝合金型材，出模后立即在线淬火，穿水6s内冷却至40℃以下，水温20℃；
(9)将挤压铝合金拉伸校直、定尺锯切后进行时效处理，时效温度为180℃保温12小时，取出风冷至室温，即得到所述高温抗蠕变变形的铝合金。
实施例2
本实施例提供一种高温抗蠕变变形的铝合金，其由以下质量百分比的成分组成：Si.0.60％、Mg.0.95％、Mn.0.10％、Cu.0.60％、Ni.1.60％、Nd.0.70％、Ti.0.018％；余量为Al，杂质元素Zn≤0.02％、Fe≤0.15％、其他不可避免的杂质元素单个含量≤0.05％。其制备方法如下：
(1)按照铝合金的成分组成及质量百分比，选用铝含量99.7％的铝锭，镁含量99.8％的镁锭，铝硅20中间合金，99.9％铜含量的电解铜片，铝锰10中间合金，25％Ni含量的镍铝合金粉，99.5％钕含量的稀土钕金属，铝钛硼为一级AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；
(2)将铝锭在730℃加热熔化，然后加入镁锭、铝硅20中间合金、铝锰10中间合金、电解铜片，镍铝合金粉，电磁搅拌20分钟，使用各合金元素充分熔化成铝合金液；喷吹打渣剂，用量为1公斤打渣剂/吨铝液，静置5分钟后去除表面铝液浮渣。再添加稀土钕，电磁搅拌30min后取样进行光谱分析，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整；
(3)用99.9％氩气和无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼处理，精炼剂的用量3公斤精炼剂/吨铝液。喷吹精炼的时间为20分钟，静置10分钟后扒渣，再静置10分钟；
(4)将铝合金液引入预先加热清理过的流槽，然后用喂丝机加入铝钛硼合金杆进行在线细化处理，喂丝机添加的铝钛硼丝量为3公斤/吨铝液；
(5)将细化过的铝合金液依次流过除气箱，除气箱石墨转子旋转速度为150转/分钟和氩气流量为0.6立方米/小时的除气机，再流过孔隙率为60ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤处理；
(6)将725℃铝合金液在DC铸造模台上进行半连续铸造，铸造出来的铝棒强水冷却；铸造速度60毫米/分钟、冷却水压力0.6MPa条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
(7)吊出铸棒后，将半连续铸造铝合金圆棒进行均匀化处理，处理温度595℃，时间为15小时，移出后，水雾强制冷却至25℃；
(8)将均匀化处理后的半连续铸造铝合金圆棒热挤压，铝棒加热至525℃，然后在模具温度440℃、挤压筒温度450℃、挤压速度为7米/分钟、挤压比为45的条件下挤压成铝合金型材，出模后立即在线淬火，穿水6s内冷却至40℃以下，水温20℃；
(9)将挤压铝合金拉伸校直、定尺锯切后进行时效处理，时效温度为185℃保温10小时，取出风冷至室温，即得到所述高温抗蠕变变形的铝合金。
实施例3
本实施例提供一种高温抗蠕变变形的铝合金，其由以下质量百分比的成分组成：：Si.0.65％、Mg.1.00％、Mn.0.12％、Cu.0.70％、Ni.1.70％、Nd.0.80％、Ti.0.020％；余量为Al，杂质元素Zn≤0.02％、Fe≤0.15％、其他不可避免的杂质元素单个含量≤0.05％。其制备方法如下：
(1)按照铝合金的成分组成及质量百分比，选用铝含量99.7％的铝锭，镁含量99.8％的镁锭，铝硅20中间合金，99.9％铜含量的电解铜片，铝锰10中间合金，25％Ni含量的镍铝合金粉，99.5％钕含量的稀土钕金属，铝钛硼为一级AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；
(2)将铝锭在730℃加热熔化，然后加入镁锭、铝硅20中间合金、铝锰10中间合金、电解铜片，镍铝合金粉，电磁搅拌20分钟，使用各合金元素充分熔化成铝合金液；喷吹打渣剂，用量为1公斤打渣剂/吨铝液，静置5分钟后去除表面铝液浮渣。再添加稀土钕，电磁搅拌30min后取样进行光谱分析，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整；
(3)用99.9％氩气和无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼处理，精炼剂的用量3公斤精炼剂/吨铝液。喷吹精炼的时间为20分钟，静置10分钟后扒渣，再静置10分钟；
(4)将铝合金液引入预先加热清理过的流槽，然后用喂丝机加入铝钛硼合金杆进行在线细化处理，喂丝机添加的铝钛硼丝量为3公斤/吨铝液；
(5)将细化过的铝合金液依次流过除气箱，除气箱石墨转子旋转速度为150转/分钟和氩气流量为0.6立方米/小时的除气机，再流过孔隙率为60ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤处理；
(6)将730℃铝合金液在DC铸造模台上进行半连续铸造，铸造出来的铝棒强水冷却；铸造速度60毫米/分钟、冷却水压力0.6MPa条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
(7)吊出铸棒后，将半连续铸造铝合金圆棒进行均匀化处理，处理温度595℃，时间为12小时，移出后，水雾强制冷却至25℃；
(8)将均匀化处理后的半连续铸造铝合金圆棒热挤压，铝棒加热至525℃，然后在模具温度440℃、挤压筒温度455℃、挤压速度为8米/分钟、挤压比为45的条件下挤压成铝合金型材，出模后立即在线淬火，穿水6s内冷却至40℃以下，水温20℃；
(9)将挤压铝合金拉伸校直、定尺锯切后进行时效处理，时效温度为190℃保温8小时，取出风冷至室温，即得到所述高温抗蠕变变形的铝合金。
实施例4
本实施例提供一种高温抗蠕变变形的铝合金，其由以下质量百分比的成分组成：Si.0.70％、Mg.1.10％、Mn.0.14％、Cu.0.75％、Ni.1.80％、Nd.0.90％、Ti.0.020％；余量为Al，杂质元素Zn≤0.02％、Fe≤0.15％、其他不可避免的杂质元素单个含量≤0.05％。其制备方法如下：
(1)按照铝合金的成分组成及质量百分比，选用铝含量99.7％的铝锭，镁含量99.8％的镁锭，铝硅20中间合金，99.9％铜含量的电解铜片，铝锰10中间合金，25％Ni含量的镍铝合金粉，99.5％钕含量的稀土钕金属，铝钛硼为一级AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；
(2)将铝锭在740℃加热熔化，然后加入镁锭、铝硅20中间合金、铝锰10中间合金、电解铜片，镍铝合金粉，电磁搅拌20分钟，使用各合金元素充分熔化成铝合金液；喷吹打渣剂，用量为1公斤打渣剂/吨铝液，静置5分钟后去除表面铝液浮渣。再添加稀土钕，电磁搅拌30min后取样进行光谱分析，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整；
(3)用99.9％氩气和无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼处理，精炼剂的用量3公斤精炼剂/吨铝液。喷吹精炼的时间为20分钟，静置10分钟后扒渣，再静置10分钟；
(4)将铝合金液引入预先加热清理过的流槽，然后用喂丝机加入铝钛硼合金杆进行在线细化处理，喂丝机添加的铝钛硼丝量为3公斤/吨铝液；
(5)将细化过的铝合金液依次流过除气箱，除气箱石墨转子旋转速度为150转/分钟和氩气流量为0.6立方米/小时的除气机，再流过孔隙率为60ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤处理；
(6)将735℃铝合金液在DC铸造模台上进行半连续铸造，铸造出来的铝棒强水冷却；铸造速度60毫米/分钟、冷却水压力0.6MPa条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
(7)吊出铸棒后，将半连续铸造铝合金圆棒进行均匀化处理，处理温度585℃，时间为12小时，移出后，水雾强制冷却至25℃；
(8)将均匀化处理后的半连续铸造铝合金圆棒热挤压，铝棒加热至525℃，然后在模具温度450℃、挤压筒温度460℃、挤压速度为10米/分钟、挤压比为45的条件下挤压成铝合金型材，出模后立即在线淬火，穿水6s内冷却至40℃以下，水温20℃；
(9)将挤压铝合金拉伸校直、定尺锯切后进行时效处理，时效温度为185℃保温10小时，取出风冷至室温，即得到所述高温抗蠕变变形的铝合金。
对比例1
本对比例提供一种铝合金产品，不含Ni，其由以下质量百分比的成分组成：Si.0.70％、Mg.1.10％、Mn.0.14％、Cu.0.75％、Nd.0.90％、Ti.0.020％；余量为Al，杂质元素Zn≤0.02％、Fe≤0.15％、其他不可避免的杂质元素单个含量≤0.05％。其制备方法如下：
(1)按照铝合金的成分组成及质量百分比，选用铝含量99.7％的铝锭，镁含量99.8％的镁锭，铝硅20中间合金，99.9％铜含量的电解铜片，铝锰10中间合金，99.5％钕含量的稀土钕金属，铝钛硼为一级AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；
(2)将铝锭在740℃加热熔化，然后加入镁锭、铝硅20中间合金、铝锰10中间合金、电解铜片，电磁搅拌20分钟，使用各合金元素充分熔化成铝合金液；喷吹打渣剂，用量为1公斤打渣剂/吨铝液，静置5分钟后去除表面铝液浮渣。再添加稀土钕，电磁搅拌30min后取样进行光谱分析，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整；
后续步骤与实施例4保持一致。
对比例2
本对比例提供一种铝合金产品，不含Nd，其由以下质量百分比的成分组成：Si.0.70％、Mg.1.10％、Mn.0.14％、Cu.0.75％、Ni.1.80％、Ti.0.020％；余量为Al，杂质元素Zn≤0.02％、Fe≤0.15％、其他不可避免的杂质元素单个含量≤0.05％。其制备方法如下：
(1)按照铝合金的成分组成及质量百分比，选用铝含量99.7％的铝锭，镁含量99.8％的镁锭，铝硅20中间合金，99.9％铜含量的电解铜片，铝锰10中间合金，25％Ni含量的镍铝合金粉，铝钛硼为一级AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；
(2)将铝锭在740℃加热熔化，然后加入镁锭、铝硅20中间合金、铝锰10中间合金、电解铜片，镍铝合金粉，电磁搅拌20分钟，使用各合金元素充分熔化成铝合金液；喷吹打渣剂，用量为1公斤打渣剂/吨铝液，静置5分钟后去除表面铝液浮渣。电磁搅拌30min后取样进行光谱分析，取样进行光谱分析，确认化学成份是否满足要求(Ti除外)，必要时进行相关元素添加与调整；
后续步骤与实施例4保持一致。
评价试验：
每组实施例和对比例均各提取2个合金试样，共计12个合金试样，编号依次为1#至12#，下表为实施案例，试样编号，化学成份一览表：
Figure BDA0002764972100000161
用上述案例的12个试样制备出φ10mm的棒材，按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》进行室温(试棒1，3，5，7)拉伸测试，按照GB/T228.2-2015《金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法》进行高温(试棒2，4，6，8)拉伸测试，按照GB/T2039-2012金属材料单轴拉伸蠕变试验方法。结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002764972100000171
表1中：UTS是指极限抗拉强度，YTS是指屈服强度，EL是指延伸率(标距50mm)。由表1数据可知：实施例1-4显示随着Ni\Nd含量的增加，高强高温抗蠕变变形铝合金的常温及350℃高温的力学性能也相应增加。实施例4和对比例1-2对比显示：缺失Ni或Nd元素，铝合金的常温及350℃高温的力学性能会显著变差。
上述六个方案挤压型材，按照GB/T2039-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》，加工拉伸蠕变试样各一个，依次编号为：13#、14#、15#、16#、17#、18#，分别在200℃/175MPa，200H，进行蠕变系数检测，结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002764972100000172
Figure BDA0002764972100000181
由表2数据可知：实施例1-4显示随着Ni\Nd含量的增加，高熔点中间化合物在晶界处的钉扎作用加强，高强高温抗蠕变变形铝合金的高温抗蠕变性能提升。实施例4和对比例1-2对比显示：缺失Ni或Nd元素，铝合金的高温抗蠕变性能会显著变差。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种高温抗蠕变变形的铝合金及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (33)

1.一种高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述高温抗蠕变变形的铝合金由以下成分组成：Si 0.55-0.75％、Mg 0.80-1.20％、Mn 0.05-0.15％、Cu0.55-0.80％、Ti 0.01-0.05％、Ni 1.40-1.90％、Nd 0.50-1.00％、Al 93.5-96.00％和杂质；
所述杂质包括Fe、Zn、Cr、Zr，且单个杂质在所述铝合金中的重量百分含量不超过0.05％；
所述高温抗蠕变变形的铝合金在200℃/175MPa，200H下，蠕变系数ε≤3.0×10-6。
2.如权利要求1所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述高温抗蠕变变形的铝合金的制备原料包括：铝锭、镁锭、电解铜、铝锰合金、铝硅合金、镍铝合金、稀土钕和铝钛硼合金杆。
3.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述铝锭为铝含量99.5-99.9％的铝锭。
4.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述镁锭为镁含量99.65-99.95％的镁锭。
5.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述电解铜为铜含量99.80-99.9％的电解铜。
6.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述铝锰合金为铝锰10合金。
7.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述铝硅合金为铝硅20合金。
8.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述镍铝合金为镍含量25％以上的镍铝合金。
9.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述稀土钕为钕含量99.3-99.7％的稀土钕。
10.如权利要求2所述的高温抗蠕变变形的铝合金，其特征在于，所述铝钛硼合金杆包括一级AlTi5B1合金杆。
11.如权利要求1-10中任一项所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭加热熔化，并与铝硅合金、镁锭、铝锰合金、电解铜、镍铝合金混合，搅拌反应，得到第一铝合金液；
(2)采用打渣剂对步骤(1)得到的第一铝合金液进行喷吹搅拌，静置后去除表面浮渣，再与稀土钕混合搅拌，得到第二铝合金液；
(3)对步骤(2)得到的第二铝合金液进行喷吹精炼处理，静置后扒渣，得到第三铝合金液；
(4)将步骤(3)得到的第三铝合金液与铝钛硼合金杆混合，进行细化处理，再将细化后的铝合金液进行除气和过滤处理；
(5)将步骤(4)除气过滤处理后的铝合金液进行半连续铸造，并强水冷却，得到半连续铸造铝合金圆棒；
(6)将半连续铸造铝合金圆棒进行均匀化处理，之后冷却；
(7)将均匀化处理后的半连续铸造铝合金圆棒进行热挤压，挤出后强水冷却；
(8)将热挤压后的产品进行时效处理，冷却，得到所述高温抗蠕变变形的铝合金。
12.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加热熔化的温度为730-760℃。
13.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌反应的时间为15-25min。
14.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述打渣剂的用量为每吨第一铝合金液加入1-1.5公斤打渣剂。
15.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述静置的时间为3-8min。
16.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述与稀土钕混合搅拌的时间为20-30min。
17.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述喷吹精炼处理在氩气和精炼剂的条件下进行。
18.如权利要求17所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，所述氩气的纯度为99.5％以上。
19.如权利要求17所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂为无钠精炼剂，加入量为每吨第二铝合金液加入2-4公斤精炼剂。
20.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述喷吹精炼处理的时间为10-30min。
21.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述静置的时间为5-10min。
22.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述扒渣后再静置5-15min。
23.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述细化处理的具体操作包括：将第三铝合金液引入预先加热清理过的流槽，然后用喂丝机加入铝钛硼合金杆进行在线细化处理，所述铝钛硼合金杆的加入量为每吨第三铝合金液中加入2-6公斤铝钛硼合金杆。
24.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述除气采用除气机进行，所述除气机的石墨转子旋转速度为100-200转/分钟，氩气流量为0.5-0.8m3/h。
25.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述过滤采用泡沫陶瓷过滤板或管式过滤器进行，所述泡沫陶瓷过滤板的孔隙率为40-60ppi，管式过滤器为B级以上级别。
26.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述半连续铸造的铸造速度为50-70mm/min。
27.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述半连续铸造时铝合金液的温度为720-740℃。
28.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述强水冷却时冷却水的压力为0.5-0.8MPa。
29.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述均匀化处理的温度为580-595℃，时间为12-24h。
30.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(7)所述热挤压是指将均匀化处理后的铝合金圆棒先加热至500-540℃，然后在模具温度430-450℃、挤压筒温度440-470℃、挤压速度为5-10m/min、挤压比为30-60的条件下挤压成铝合金型材。
31.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(7)所述强水冷却的水温小于40℃，冷却时长不超过7s，冷却至50℃以下。
32.如权利要求11所述的高温抗蠕变变形的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(8)所述时效处理的温度为180-210℃，时间为8-12h。
33.如权利要求1-10中任一项所述的高温抗蠕变变形的铝合金在制备耐高温铝制品中的应用。
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