CN114540676A - 一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金及加工方法，主要涉及铝合金技术领域。其组分按质量百分比包括：5‑7％的Zn；2‑3％的Mg和0.3‑0.7％的Gd，0.2‑0.4％的Zr；0.1‑0.2％的Sb；0.1‑0.2％的Be和0.1‑0.2％的Cr；余量为Al和不可避免的杂质。本发明的有益效果在于：它具有很好的耐腐蚀性能，能够应用于船体。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体是一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金及加工方法。
背景技术
铝合金的密度小，资源丰富，价格适中，加工性能好，强度不低，无磁性，可焊接特别是有优秀的摩擦搅拌焊接(FSW)性能，抗蚀性强，无低温脆，在低温下其强度与塑性(伸长率、压缩性、韧性)均随着温度的降低而均衡地上升，可在－200℃以下或更低的温度下工作，高温性能尚可，但不能在180℃以上长期工作，可回收性强，等等，因而适用于制造船舰的一些部件。
为了减轻船的质量，铝材是制造船体、上层建筑及其他器具的首选材料，尤其是制造滑行艇、水翼艇、气垫船、冲翼艇的最佳材料。因为它们的质量对航速尤为敏感，也就是说减轻船体质量对提高航速极为有效。采用铝材制造中型舰艇的艇体、大型舰艇的上层建筑也同样有效，不过舰艇在中弹着火燃烧时，若波及上层铝建筑得不到有效控制，时间一长铝结构会垮塌，因为铝不是一种高温材料。大中型舰艇在减轻艇体质量后，在等同主机功率下可以提高航速。现代舰艇航行仪器设备、武器装备的增加，使舰艇上部质量增加，稳定性减小。为了确保稳定性，务必减轻上部质量，采用铝材制造上层建筑是最有效的措施。但是铝合金用于船体，其耐腐蚀性就需要提高，而现有的
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金及加工方法，它具有很好的耐腐蚀性能，能够应用于船体。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金，其组分按质量百分比包括：5-7％的Zn；2-3％的Mg和0.3-0.7％的Gd，0.2-0.4％的Zr；0.1-0.2％的Sb；0.1-0.2％的Be和0.1-0.2％的Cr；余量为Al和不可避免的杂质。。
进一步的，所述杂质质量小于总质量的0.15％；
和/或，
所述杂质包括Fe、Si、Ni、Mn中的一项或任一项。
进一步的，通过以下方法制得：
步骤一：称取铝、锌、镁和中间合金Al-Gd作为原料，并进行预热；
步骤二：将铝融化并升温至730-760℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌4-8分钟后，降温至710℃静置10-25分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在530-600℃下保温4-12小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，挤压得铝合金棒材。
进一步的，所述的铝、锌、镁的纯度为99.9％以上，
和/或，
所述的中间合金Al-Gd的纯度为99.5％以上；
和/或，
中间合金Al-Gd为中间合金Al-25Gd。
进一步的，所述步骤一中，将原料送入预热釜，预热釜的预加热温度为350-500℃；
和/或，
所述步骤三中，浇铸前先将模具预热至300-400℃，
和/或，
所述步骤四中，挤压温度为435-500℃，挤压比为5-22，挤压冲头速度为0.6-2.7mm/min。
上述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金的加工方法，作为本发明的另一个方面。
本发明的有益效果在于：
本发明铝合金具有Zn和Mg元素含量低、生物安全性高、成本低、工艺简单等优点，且通过凝固速率的控制，在低Gd、Zn含量的铸态铝合金中形成了LPSO结构，同时加入Gd后，在铸态合金中形成了有益于合金耐蚀性能的离异共晶相，显微组织可调控，并且Mg具有细化晶粒的作用，通过细化晶粒改善组织，提高组织的均匀性，从而显著改善了合金的耐蚀性能。
附图说明
图1为实施例1中合金的显微组织图；
图2为实施例2中合金的显微组织图；
图3为实施例3中合金的显微组织图；
图4为实施例4中合金的显微组织图；
图5为各实施例铝合金机械性能检测报告。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1：
步骤一：按照5％的Zn，2％的Mg和0.3％的Gd，0.2％的Zr；0.1％的Sb；0.1％的Be和0.1％的Cr；余量为Al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金Al-Gd，送入预热釜中在400℃中进行预热；
步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至750℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌5分钟后，降温至710℃静置10分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在580℃下保温8小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，在挤压温度为490℃下挤压呈铝合金棒材。
实施例2
步骤一：按照6％的Zn，2.5％的Mg和0.5％的Gd，0.3％的Zr；0.2％的Sb；0.2％的Be和0.1％的Cr；余量为Al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金Al-Gd，送入预热釜中在400℃中进行预热；
步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至750℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌5分钟后，降温至710℃静置10分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在580℃下保温8小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，在挤压温度为490℃下挤压呈铝合金棒材。
实施例3
步骤一：按照7％的Zn，3％的Mg和0.6％的Gd，0.4％的Zr；0.2％的Sb；0.2％的Be和0.2％的Cr；余量为Al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金Al-Gd，送入预热釜中在400℃中进行预热；
步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至750℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌5分钟后，降温至710℃静置10分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在580℃下保温8小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，在挤压温度为490℃下挤压呈铝合金棒材。
实施例4
步骤一：按照6.5％的Zn，2％的Mg和0.7％的Gd，0.4％的Zr；0.1％的Sb；0.1％的Be和0.2％的Cr；余量为Al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金Al-Gd，送入预热釜中在400℃中进行预热；
步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至750℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌5分钟后，降温至710℃静置10分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在580℃下保温8小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，在挤压温度为460℃下挤压呈铝合金棒材。
性能检测
选用南山铝业生产的Al-Zn-Mn系铝合金作为对照例，其性能对比如表一所示：
| 序号 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 延伸率/(％) | 腐蚀速度mm/year |
| 实施例1 | 592 | 536 | 8.1 | 0.21 |
| 实施例2 | 599 | 544 | 8.7 | 0.25 |
| 实施例3 | 608 | 559 | 8.6 | 0.24 |
| 实施例4 | 611 | 558 | 7.9 | 0.27 |
| 对照例 | 580 | 505 | 6.5 | 0.66 |
由表一可以看出，实施例1-4中，该制备方法通过合理的合金成分设计和工艺控制，获得了低稀土Gd含量、低成本稀土铝合金，该合金在铸态和挤压态下均具有LPSO结构，当添加Mg后形成离异共晶组织，在挤压态中析出Al3Gd增强相，该相与基体腐蚀电位接近，降低了电偶腐蚀的发生。本发明显著降低了成本，提高了力学与耐蚀性。
Claims (8)
1.一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金，其特征在于，其组分按质量百分比包括：5-7％的Zn；2-3％的Mg和0.3-0.7％的Gd，0.2-0.4％的Zr；0.1-0.2％的Sb；0.1-0.2％的Be和0.1-0.2％的Cr；余量为Al和不可避免的杂质。。
2.根据权利要求1所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金，其特征在于，所述杂质质量小于总质量的0.15％；
和/或，
所述杂质包括Fe、Si、Ni、Mn中的一项或任一项。
3.根据权利要求1所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金，其特征在于，通过以下方法制得：
步骤一：称取铝、锌、镁和中间合金Al-Gd作为原料，并进行预热；
步骤二：将铝融化并升温至730-760℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌4-8分钟后，降温至710℃静置10-25分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在530-600℃下保温4-12小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，挤压得铝合金棒材。
4.根据权利要求3所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金，其特征在于，所述的铝、锌、镁的纯度为99.9％以上，
和/或，
所述的中间合金Al-Gd的纯度为99.5％以上；
和/或，
中间合金Al-Gd为中间合金Al-25Gd。
5.根据权利要求3所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金，其特征在于，所述步骤一中，将原料送入预热釜，预热釜的预加热温度为350-500℃；
和/或，
所述步骤三中，浇铸前先将模具预热至300-400℃，
和/或，
所述步骤四中，挤压温度为435-500℃，挤压比为5-22，挤压冲头速度为0.6-2.7mm/min。
6.如权利要求1-5任一项所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金的加工方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一：称取铝、锌、镁和中间合金Al-Gd作为原料，并进行预热；
步骤二：将铝融化并升温至730-760℃，加入锌、镁和中间合金Al-Gd，待所有金属熔化后，去除杂质，搅拌4-8分钟后，降温至710℃静置10-25分钟；
步骤三：在保护气体的保护下，浇铸到带有冷却系统的钢制模具中成型，在530-600℃下保温4-12小时，然后空冷；
步骤四：车削除去氧化皮后，挤压得铝合金棒材。
7.根据权利要求6所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金的加工方法，其特征在于，所述的铝、锌、镁的纯度为99.9％以上，
所述的中间合金Al-Gd的纯度为99.5％以上；
中间合金Al-Gd为中间合金Al-25Gd。
8.根据权利要求6所述一种具有耐腐蚀性的稀土铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤一中，将原料送入预热釜，预热釜的预加热温度为350-500℃；
所述步骤三中，浇铸前先将模具预热至300-400℃，
所述步骤四中，挤压温度为435-500℃，挤压比为5-22，挤压冲头速度为0.6-2.7mm/min。
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