CN113444939A - 一种耐腐蚀铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀铝合金材料及其制备方法 Download PDF

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CN113444939A CN202110570024.0A CN202110570024A CN113444939A CN 113444939 A CN113444939 A CN 113444939A CN 202110570024 A CN202110570024 A CN 202110570024A CN 113444939 A CN113444939 A CN 113444939A
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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀铝合金材料及其制备方法，铝合金材料的组成成分按重量百分比包括：Zn：8.5‑9.7％、Mg：1.1‑1.25％、Cu：2.9‑3.4％、Zr：0.04‑0.12％、Ti：0.03‑0.045％、Fe：0.01‑0.03％、Si：0.08‑0.18％、Sn：0.02‑0.042％、Co：0.01‑0.018％、La+Nd+Dy：0.11‑0.33％、B：0.001‑0.003％、Mn：0.14‑0.25％、余量为Al及不可避免的杂质。本发明提出的耐腐蚀铝合金材料的制备方法过程简单，得到的铝合金材料强度高、韧性好、耐腐蚀性能优异。

Description

一种耐腐蚀铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金是一些金属或者非金属与铝通过加工而成的，其是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其密度小、强度高、耐腐蚀、易加工、资源丰富且具有良好的导电导热性能，目前在海洋、船舶、航空、汽车、机械制造及化学工业等领域应用较广。随着工业经济的飞速发展，对铝合金的需求日益增多，对其性能要求也越来越高，有些铝合金在使用的过程中仍存在韧性和耐腐蚀性欠佳的缺陷，铝合金制件容易出现断裂、变形等情况，限制了其使用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐腐蚀铝合金材料及其制备方法，所述制备方法过程简单，得到的铝合金材料强度高、韧性好、耐腐蚀性能优异。
本发明提出的一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：8.5-9.7％、Mg：1.1-1.25％、Cu：2.9-3.4％、Zr：0.04-0.12％、Ti：0.03-0.045％、Fe：0.01-0.03％、Si：0.08-0.18％、Sn：0.02-0.042％、Co：0.01-0.018％、La+Nd+Dy：0.11-0.33％、B：0.001-0.003％、Mn：0.14-0.25％、余量为Al及不可避免的杂质。
优选地，其组成成分中，Zn、Mg、Cu的重量百分比满足以下关系式：13.4％≤Zn+1.35×Mg+0.86×Cu≤14.1％，Zn/Mg＝8-8.8，且1.67％≤1.4×Cu-2×Mg≤1.98％。
优选地，其组成成分中，Co、La、Nd、Dy、Ti、B的重量百分比满足以下关系式：0.34％≤7×Co+La+Nd+Dy+Ti+12×B≤0.45％。
优选地，其组成成分中，Mn、Si、Fe、Cu的重量百分比满足以下关系式：3.32％≤Mn+Si+Fe+Cu≤3.57％，且Fe/Si＝0.14-0.26。
优选地，其组成成分中，Mg、Si的质量百分比满足以下关系式：13×Si-Mg≥0.75-1.03％。
优选地，所述耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.4％、Mg：1.17％、Cu：3％、Zr：0.11％、Ti：0.037％、Fe：0.03％、Si：0.168％、Sn：0.027％、Co：0.01％、La+Nd+Dy：0.26％、B：0.003％、Mn：0.15％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为420-445℃，时间为30-45h；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为440-465℃，时间为1.5-3.5h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为145-160℃，时间t1为4.5-6h；所述二级时效处理的温度T2为80-105℃，时间t2为12-20h；所述三级时效处理的温度T3为150-170℃，时间t3为1.5-4h；所述四级时效处理的温度T4为110-125℃，时间t4为3-8h；所述五级时效处理的温度T5为80-100℃，时间t5为12-20h。
优选地，在S2中，所述浇注的温度为715-725℃。
优选地，在S3中，所述热轧成型的热轧温度为420-440℃。
优选地，在S4中，T1＝T2+60℃＝T3-18℃＝T4+34℃＝T5+55℃，且t1＝t2-11.5h＝t3+2h＝t4+2h＝t5-9.5h。
优选地，T1＝151℃，T2＝91℃，T3＝169℃，T4＝117℃，T5＝96℃，且t1＝5h，t2＝16.5h，t3＝3h，t4＝3h，t5＝14.5h。
优选地，在S1中按成分配比选择原料的过程中，锌源、镁源、铜源、锆源、钛源、铁源、硅源、锡源、钴源、镧源、钕源、镝源、硼源、锰源和铝源可以依次选为纯锌、纯镁、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、纯锡、铝钴中间合金、铝镧中间合金、铝钕中间合金、铝镝中间合金、铝硼中间合金、铝锰中间合金和纯铝。
本发明所述耐腐蚀铝合金材料，其组成成分中，加入的Zn、Mg、Cu的重量百分比满足关系式13.4％≤Zn+1.35×Mg+0.86×Cu≤14.1％，Zn/Mg＝8-8.8，且1.67％≤1.4×Cu-2×Mg≤1.98％，在体系中析出η’相，提高了强度的同时抑制化合物在晶粒边界上的析出，避免加工过程中缺陷的产生，使得到的材料表面质量好，强度高并抑制了粗大化合物的生成，使得到的MgZn2等成为微细的化合物，改善了材料的韧性，并减小与存在于晶界、亚晶界等处的化合物的电位差，从而提高抗SCC性；加入了Co、La、Nd、Dy、Ti、B，并使Co、La、Nd、Dy、Ti、B的重量百分比满足关系式0.34％≤7×Co+La+Nd+Dy+Ti+12×B≤0.45％，从而发挥协同作用，更加的细化了晶粒，且在晶界析出，提高了晶界强度；加入的Mn、Si、Fe、Cu的重量百分比满足关系式3.32％≤Mn+Si+Fe+Cu≤3.57％，且Fe/Si＝0.14-0.26，发挥最佳的协同作用，形成了Al-Mn系、A1-Mn-Fe系、Al-Fe-Mn-Si系等金属间化合物，抑制再结晶，同时能形成S′(CuMgAl2)相和Mg2Si等，抑制应力松弛，使所得材料具有优异的强度、成型性、应力松弛性和耐压性；加入了Mg、Si，并使Mg、Si的质量百分比满足关系式13×Si-Mg≥0.75-1.03％，在体系中析出了析出物，进一步提高了材料的强度；加入Zr并使其含量具体为0.04-0.12％，同时配合加入了Sn，并使Sn的含量具体为0.02-0.042％，形成了微细的Al-Zr系化合物以及Mg2Sn相，阻碍晶界的移动，抑制再结晶，使得到的基体更加微细且均匀，有利于提高合金的耐蚀性；在制备方法中，采用了新型的时效处理工艺，并具体优化了时效处理的工艺参数，在150-170℃处理1.5-4h，使一级与二级时效晶内析出的溶质原子重新固溶进入基体，同时晶界上的部分粗大析出相发生细化并更加弥散分布，再通过后续的四级和五级时效，使三级时效中部分溶于基体中的溶质原子重新发生析出，从而增加了晶内析出相的体积分数，且使其更加均匀、细小，提高了合金的强度，同时使晶界上的析出相更为弥散，间距增大，进一步阻断阳极腐蚀通道，使材料强度提高的同时抗腐蚀性能提高。
本发明中通过添加多种合金元素并优化合金元素的含量，形成了高效的多元铝化物弥散相，有效抑制合金的再结晶，提高合金的强度、抗断裂韧性和抗应力腐蚀性能，使得到的材料强度高、韧性好、耐腐蚀性能优异。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9％、Mg：1.1％、Cu：3％、Zr：0.04％、Ti：0.03％、Fe：0.03％、Si：0.08％、Sn：0.042％、Co：0.012％、La+Nd+Dy：0.33％、B：0.001％、Mn：0.25％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为445℃，时间为30h；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为440℃，时间为3.5h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为145℃，时间t1为4.5h；所述二级时效处理的温度T2为105℃，时间t2为12h；所述三级时效处理的温度T3为170℃，时间t3为1.5h；所述四级时效处理的温度T4为125℃，时间t4为3h；所述五级时效处理的温度T5为100℃，时间t5为12h。
实施例2
一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.7％、Mg：1.25％、Cu：3.4％、Zr：0.12％、Ti：0.045％、Fe：0.01％、Si：0.18％、Sn：0.02％、Co：0.01％、La：0.03％、Nd：0.04％、Dy：0.04％、B：0.003％、Mn：0.14％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；其中，所述浇注的温度为715℃；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为420℃，时间为45h；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为465℃，时间为1.5h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为160℃，时间t1为6h；所述二级时效处理的温度T2为80℃，时间t2为20h；所述三级时效处理的温度T3为150℃，时间t3为3h；所述四级时效处理的温度T4为110℃，时间t4为8h；所述五级时效处理的温度T5为80℃，时间t5为20h。
实施例3
一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.4％、Mg：1.15％、Cu：2.9％、Zr：0.04％、Ti：0.03％、Fe：0.025％、Si：0.168％、Sn：0.042％、Co：0.018％、La：0.05％、Nd：0.08％、Dy：0.15％、B：0.001％、Mn：0.23％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；其中，所述浇注的温度为725℃；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为440℃，时间为34h；所述热轧成型的热轧温度为420℃；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为449℃，时间为3h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为148℃，时间t1为5h；所述二级时效处理的温度T2为88℃，时间t2为16.5h；所述三级时效处理的温度T3为166℃，时间t3为3h；所述四级时效处理的温度T4为114℃，时间t4为3h；所述五级时效处理的温度T5为93℃，时间t5为14.5h。
实施例4
一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.25％、Mg：1.15％、Cu：3.05％、Zr：0.06％、Ti：0.033％、Fe：0.027％、Si：0.15％、Sn：0.03％、Co：0.015％、La：0.02％、Nd：0.06％、Dy：0.1％、B：0.0019％、Mn：0.18％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；其中，所述浇注的温度为718℃；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为426℃，时间为43h；所述热轧成型的热轧温度为440℃；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为460℃，时间为2h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为152℃，时间t1为5.3h；所述二级时效处理的温度T2为92℃，时间t2为16.8h；所述三级时效处理的温度T3为170℃，时间t3为3.3h；所述四级时效处理的温度T4为118℃，时间t4为3.3h；所述五级时效处理的温度T5为97℃，时间t5为14.8h。
实施例5
一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.6％、Mg：1.2％、Cu：3％、Zr：0.1％、Ti：0.036％、Fe：0.03％、Si：0.16％、Sn：0.038％、Co：0.013％、La：0.04％、Nd：0.1％、Dy：0.08％、B：0.0013％、Mn：0.21％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；其中，所述浇注的温度为722℃；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为425℃，时间为40h；所述热轧成型的热轧温度为426℃；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为448℃，时间为3.2h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为146℃，时间t1为5.5h；所述二级时效处理的温度T2为86℃，时间t2为17h；所述三级时效处理的温度T3为164℃，时间t3为3.5h；所述四级时效处理的温度T4为112℃，时间t4为3.5h；所述五级时效处理的温度T5为91℃，时间t5为15h。
实施例6
一种耐腐蚀铝合金材料，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.4％、Mg：1.17％、Cu：3％、Zr：0.11％、Ti：0.037％、Fe：0.03％、Si：0.168％、Sn：0.027％、Co：0.01％、La：0.03％、Nd：0.12％、Dy：0.11％、B：0.003％、Mn：0.15％、余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；其中，所述浇注的温度为717℃；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为442℃，时间为37h；所述热轧成型的热轧温度为432℃；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为460℃，时间为2h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为151℃，时间t1为5h；所述二级时效处理的温度T2为91℃，时间t2为16.5h；所述三级时效处理的温度T3为169℃，时间t3为3h；所述四级时效处理的温度T4为117℃，时间t4为3h；所述五级时效处理的温度T5为96℃，时间t5为14.5h。
对本发明实施例1-6材料的性能进行检测，其中，强度测试参照ASTM E8-2011进行；Kahn撕裂测试依据ASTM B871-01进行；抗剥落腐蚀性能参照ASTM G34-01进行；经测试可知，本发明材料的屈服强度≥579MPa，抗拉强度≥611MPa，撕裂强度和屈服强度比值≥1.69，单位面积裂纹扩展能UPE≥300kJ/m2，抗剥落腐蚀性能≥EB级。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，其组成成分按重量百分比包括：Zn：8.5-9.7％、Mg：1.1-1.25％、Cu：2.9-3.4％、Zr：0.04-0.12％、Ti：0.03-0.045％、Fe：0.01-0.03％、Si：0.08-0.18％、Sn：0.02-0.042％、Co：0.01-0.018％、La+Nd+Dy：0.11-0.33％、B：0.001-0.003％、Mn：0.14-0.25％、余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，其组成成分中，Zn、Mg、Cu的重量百分比满足以下关系式：13.4％≤Zn+1.35×Mg+0.86×Cu≤14.1％，Zn/Mg＝8-8.8，且1.67％≤1.4×Cu-2×Mg≤1.98％。
3.根据权利要求1所述耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，其组成成分中，Co、La、Nd、Dy、Ti、B的重量百分比满足以下关系式：0.34％≤7×Co+La+Nd+Dy+Ti+12×B≤0.45％。
4.根据权利要求1所述耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，其组成成分中，Mn、Si、Fe、Cu的重量百分比满足以下关系式：3.32％≤Mn+Si+Fe+Cu≤3.57％，且Fe/Si＝0.14-0.26。
5.根据权利要求1所述耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，其组成成分中，Mg、Si的质量百分比满足以下关系式：13×Si-Mg≥0.75-1.03％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，其组成成分按重量百分比包括：Zn：9.4％、Mg：1.17％、Cu：3％、Zr：0.11％、Ti：0.037％、Fe：0.03％、Si：0.168％、Sn：0.027％、Co：0.01％、La+Nd+Dy：0.26％、B：0.003％、Mn：0.15％、余量为Al及不可避免的杂质。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按成分配比选择原料；
S2、将选择的原料进行熔炼和精炼，浇注后得到铸锭；
S3、对S2中得到的铸锭进行均匀化处理，去表皮后进行热轧成型得到坯料；其中，所述均匀化处理的温度为420-445℃，时间为30-45h；
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述耐腐蚀铝合金材料；其中，所述固溶处理的温度为440-465℃，时间为1.5-3.5h；所述时效处理包括依次进行的一级时效处理、二级时效处理、三级时效处理、四级时效处理和五级时效处理，所述一级时效处理的温度T1为145-160℃，时间t1为4.5-6h；所述二级时效处理的温度T2为80-105℃，时间t2为12-20h；所述三级时效处理的温度T3为150-170℃，时间t3为1.5-4h；所述四级时效处理的温度T4为110-125℃，时间t4为3-8h；所述五级时效处理的温度T5为80-100℃，时间t5为12-20h。
8.根据权利要求7所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于，在S2中，所述浇注的温度为715-725℃。
9.根据权利要求7所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于，在S3中，所述热轧成型的热轧温度为420-440℃。
10.根据权利要求7-9中任一项所述耐腐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于，在S4中，T1＝T2+60℃＝T3-18℃＝T4+34℃＝T5+55℃，且t1＝t2-11.5h＝t3+2h＝t4+2h＝t5-9.5h；优选地，T1＝151℃，T2＝91℃，T3＝169℃，T4＝117℃，T5＝96℃，且t1＝5h，t2＝16.5h，t3＝3h，t4＝3h，t5＝14.5h。
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