CN114752831A - 一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强耐蚀铝合金及其制备方法和应用，所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；所述Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。该铝合金的制备方法采用三段式降温工艺，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质。该铝合金通过控制Cu/Mg比和Cu/Zn比，利用各元素间的协同作用，在不降低合金力学性能的情况下显著提升了合金的耐蚀性能，所获铝合金抗晶间腐蚀等级为3级(按照GB/T 7998‑2005)，最大腐蚀深度为74μm，抗剥落腐蚀等级为PA级以上(按照GB/T 22639‑2008)，可作为飞机蒙皮材料使用。

Description

一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种铝合金，具体涉及一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。
背景技术
铝合金因密度低、力学性能好且耐蚀性好等特性作为结构件和功能件而被广泛应用在航空航天领域，对减轻航天器结构质量、提高飞行速度、降低耗能等方面有着重要的作用。
飞机蒙皮最主要的作用在于使飞机在飞行过程中始终保持良好的气动性来承受以及传递载荷。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。2024铝合金因其强度较高，重量轻且成本低的特点，成为飞机蒙皮材料的首选材料。
目前国内外对飞机蒙皮用铝合金通常采用1.7％预变形加自然时效(T3)热处理工艺，这种热处理工艺使得合金材料在保持较高强度的前提下，同时具有良好的塑性和一定的耐蚀性。然而随着航空航天技术的进一步发展，航天器飞行速度的提高，传统牌号的2024铝合金虽然能够满足飞机蒙皮板的高强高韧性的需求，但仍存在腐蚀敏感性较大的问题，需要从合金成分设计的思路上突破。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金，该铝合金通过合理的Cu/Mg比和Cu/Zn比，利用各元素间的协同作用，在不降低合金力学性能的情况下显著提升了合金的耐蚀性能。
本发明的第二个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，该方法采用三段式降温方式，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质，使各组分可以充分熔合，有效防止过度烧损的发生，从而达到实现稳定控制各组分含量的目的，该方法具有操作简单，控制精准等优点，便于大规模工业化生产。
本发明的第三个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金在飞机蒙皮材料制备中的应用，所述高强度耐蚀铝合金经过轧制、固溶淬火和T3热处理工艺，即可作为飞机蒙皮材料使用。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高强度耐蚀合金，所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；所述Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。本发明通过控制合金主成分的Cu/Mg和Cu/Zn，大幅减少合金的粗大第二相，净化晶界，并且有效降低了第二相与基体的电位差，使得该铝合金在不降低力学强度的情况下大幅提高材料的耐蚀性。
作为一项优选的方案，所述铝合金包括以下质量百分比组分：Cu：3.8～4.9％；Mg：1.2～1.5％；Zn：0.35～0.7wt.％；Mn：0.4～0.6％；Ti：0.01～0.03％；Si≤0.15％；Fe≤0.15％，余量为铝。原料中不可避免的还存在一些其他的微量杂质，如Na、V等元素，由于其含量过低，不便于测量，因此，对于这些不影响铝合金性能的杂质控制其每一种的含量小于0.03％，总和含量小于0.1％即可。
本发明还提供了一种高强耐蚀铝合金的制备方法，在熔炼炉中通入惰性气体后，先将熔炼炉升温至740～750℃并加入铝锭，当铝锭部分融化时加入覆盖剂，随后添加Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zn中间合金，待铝锭和所有中间合金全部融化后加入镁锭和覆盖剂，搅拌至镁锭也完全融化并静置后；再将熔炼炉温度降低至720～730℃并加入C2Cl6，经过扒渣后加入Al-Ti中间合金，再次降低熔炼炉温度至700～710℃，待Al-Ti中间合金完全融化后，浇铸，即得。
本发明采用三段式降温工艺，该工艺可以最大限度地使高纯铝锭、镁锭和其他中间合金充分熔合，并确保在融化的过程中不发生过度烧损从而达到成分含量稳定控制的目的。第一段温度控制主要是为了原料充分的熔解以及控制烧损率，当温度高于该温度范围时，熔体会产生较大的烧损，当温度低于该温度范围时，则各合金元素熔合速度变慢且不均匀；第二段温度控制是为了达到除气剂C2Cl6的适用温度范围，进一步降低熔融状态下的熔体烧损；第三段温度范围的选择适用于熔体静置的温度范围，目的在于保证浇铸前熔体的均匀性，如果温度低于该温度范围则在浇铸过程中，熔体的流动性较差，易出现断流现象，温度高于该温度范围则熔体静置不充分，影响最终铸锭质量。
作为一项优选的方案，所述惰性气体经过预热至460～500℃后再通入熔炼炉。
作为一项优选的方案，所述惰性气体为氩气、氮气和氦气中的至少一种。
作为一项优选的方案，所述铝锭纯度≥99.99％；所述铝锭融化至60～80％时加入覆盖剂。
作为一项优选的方案，所述覆盖剂为所述覆盖剂包括以下质量百分比组分：CaF 7～9％，NaCl 40～43％，KCl 36～43％和冰晶石10～12％。该覆盖剂采用低导热材料，能够隔绝熔体表面与氧气的直接接触，防止熔体表面的氧化。
作为一项优选的方案，所述镁锭纯度≥99.99％。
作为一项优选的方案，所述C2Cl6分两次加入熔炼炉，每次加入量为铝合金总质量的0.2～0.5％，总加入量为铝合金总质量的0.6～1.0％。C2Cl6在熔体内的反应十分剧烈，若一次性加入大量的C2Cl6易造成熔体飞溅，分两次加入可稳定有效去除熔体中产生的气体，第一次加入可除去熔体表面的部分气体，第二次加入则能够稳定的除去熔体中的所有除气。
作为一项优选的方案，所述高强度耐蚀铝合金的制备全过程中保持室内的相对湿度≤25％。
本发明还提供了一种高强度耐蚀合金的应用，应用于飞机蒙皮材料的制备。
作为一项优选的方案，所述飞机蒙皮材料的制备方法为：将高强耐蚀铝合金进行均匀化退火处理后轧制成薄板；将薄板经过固溶淬火后，进行T3热处理工艺，即得。
作为一项优选的方案，所述飞机蒙皮材料的制备方法为：将合金原材料按成分配比进行熔铸，得到的35mm厚铸锭进行均匀化退火；将均匀化退火后的合金进行轧制，得到1.5～2.0mm厚的合金薄板；将合金薄板经过固溶淬火后采用T3热处理工艺，最终得到飞机蒙皮用新型高强耐蚀铝合金板材。
作为一项优选的方案，所述均匀化退火处理的退火温度为492～498℃，退火时间为24h。
作为一项优选的方案，固溶淬火处理的固溶温度控制在495～500℃，固溶时间在1～1.5h。
作为一项优选的方案，淬火处理采用水淬，材料从固溶炉转移至水中的时间应≤10s，水温为15～25℃。
本发明涉及的作用机理如下：飞机蒙皮用大型铝合金板材首先要有足够高的强度，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。本发明提供的高强度耐蚀铝合金的关键在于在Cu、Mg和Zn三元素特定的比例下，利用三相间的协同性和耦合性，从而达到在不降低力学强度的情况下大幅提高合金的耐蚀性。当Cu含量较低时，少量的Cu元素可以保持合金良好的耐蚀性，但合金中的GPB区相应减少，合金的力学性能较低，随着铝合金中Cu含量的增加，合金的强度会有较大地提升，但Cu含量过高则会形成大量粗大的金属间化合物，增加了合金的腐蚀敏感性，合金的力学性能反而降低；此外，铝合金中Mg含量能够决定合金中相的组成，当Mg含量过低时会减少GPB区的数量，Mg含量过高则合金材料容易发生热裂，当Cu/Mg比介于2.8～3.3之间时，可以有效降低粗大S相的形成，减少点蚀的形成位点，在提高合金耐腐蚀性的基础上，还不会降低合金的力学强度。在铝合金中引入少量的Zn可以有效减少合金中粗大第二相的体积分数，提高组织均匀性的同时，有效降低了S相与基体之间的电位差，因而耐腐蚀性能提升，当Cu/Zn比介于5.4～14，Zn对于铝合金耐腐蚀性能的提升效果最大，当Zn含量过高时，Zn会消耗铝基体中的Mg溶质原子，Zn能够与Mg沿晶界形成MgZn2相，增大了晶界与基体的电位差，不仅消耗了GPB区中的Mg溶质原子，使得合金力学性能下降，同时也会使合金耐蚀性下降；当Zn含量过少时，合金的耐蚀性能提升不明显，不能起到提高耐蚀性的作用。综上可知，只有当Cu/Mg比介于2.8～3.3之间且满足Cu/Zn比介于5.4～14之间时才能制备出高强度高耐蚀性的铝合金材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1)本发明提供的技术方案通过控制Cu/Mg比和Cu/Zn比的范围，在不影响Al-Cu-Mg合金时效析出序列，有效减少了铝合金中粗大第二相的体积分数，净化晶界，并且利用各元素间的协同作用，在不降低的情况合金力学性能下显著提升了合金的耐蚀性能。
2)本发明提供的技术方案通过三段式降温方式，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质，使各组分可以充分熔合，有效防止过度烧损的发生，从而达到实现稳定控制各组分含量的目的，该方法具有操作简单，控制精准等优点，便于大规模工业化生产。
3)本发明提供的高强度耐蚀铝合金经过轧制、固溶淬火和T3热处理工艺后即可作为飞机蒙皮材料使用，该飞机蒙皮材料具有良好的力学性能的同时还具有优异的耐腐蚀性能，其力学强度σb在500MPa以上，抗晶间腐蚀等级为3级，剥落腐蚀等级在PA级以上。
附图说明
图1(a)、图1(b)、图1(c)分别为实施例一、对比例一和对比例二的晶间腐蚀深度照片。从晶间腐蚀深度照片上可以看出在添加Zn并控制Cu/Mg比范围在2.8～3.3之内后合金晶间腐蚀敏感性降低，合金板材的耐蚀性能提升。
图2(a)、图2(b)、图2(c)分别为实施例一、对比例一和对比例二的合金T3态扫描电镜微观组织图。从SEM图中可以看出在添加Zn并并控制Cu/Mg比范围在2.8～3.3之内后合金粗大第二相减少，合金组织均匀性提高。
图3(a)、图3(b)、图3(c)分别为实施例一、对比例一和对比例二的合金板材T3态晶界透射电子显微镜图片。从晶界的透射电子显微镜图片可以看出，加Zn后净化了晶界，阻碍了晶间腐蚀扩展，说明合金的耐腐蚀性能提升。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求保护的范围。
实施例一
制备一种飞机蒙皮用高强耐蚀Al-Cu-Mg-Zn合金板材，其质量百分数为：Cu含量为4.3wt.％，Mg含量为1.4wt.％，Zn含量为0.67wt.％，Mn含量为0.56wt.％，Ti含量为0.01wt.％，余量为铝，该合金的Cu/Mg比为3.1，Cu/Zn比为6.4。制备方法如下：
步骤一：将熔炼用的原料采用气氛保护电磁感应熔炼方法熔炼合金，具体方法如下：
1)将炉温升温至750℃并从熔炼炉底部通入预热后的惰性气体进行气氛保护，采用的惰性气体为氮气，预热温度为480℃；
2)将一定配比的高纯铝块加入熔炼炉中，当铝块熔化至70％时添加覆盖剂，随后按配比在炉中加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金及Al-Zn中间合金，待所有中间合金及铝块全部熔化后加入由铝箔包覆的纯Mg块。在Mg块熔化过程中添加覆盖剂防止氧化，要求原材料投放熔炼炉中的环境条件为室内相对湿度为25％以下；
3)待步骤所有合金熔化后对熔体进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至730℃。将铝箔包覆的C2Cl6分两次加入熔体中，无黄色烟雾冒出为止。C2Cl6的质量为配比总质量的0.8％；
4)熔体表面扒渣后按配比加入Al-Ti中间合金，待中间合金熔化后进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至710℃，在水冷模中浇铸成型。
步骤二：将合金铸锭均匀化退火处理，均匀化退火工艺为：在495℃下保温24h然后随炉冷却。
步骤三：将均匀化后的合金进行热轧+冷轧的轧制工艺，最终得到1.8mm厚的板材。
步骤四：轧制后的板材进行固溶淬火处理，具体工艺为：在498℃下保温1h后于水中淬火，淬火温度为21℃。随后将合金进行预变形(变形率1.7％)并进行时长5天的自然时效处理。获得Al-Cu-Mg-Zn合金板材。
实施例二
制备一种飞机蒙皮用高强耐蚀Al-Cu-Mg-Zn合金板材，其质量百分数为：Cu含量为4.2wt.％，Mg含量为1.3wt.％，Zn含量为0.37wt.％，Mn含量为0.56wt.％，Ti含量为0.01wt.％，余量为铝，该合金的Cu/Mg比为3.2，Cu/Zn比为11.4。制备方法如下：
步骤一：将熔炼用的原料采用气氛保护电磁感应熔炼方法熔炼合金，具体方法如下：
1)将炉温升温至750℃并从熔炼炉底部通入预热后的惰性气体进行气氛保护，采用的惰性气体为氮气，预热温度为480℃；
2)将一定配比的高纯铝块加入熔炼炉中，当铝块熔化至70％时添加覆盖剂，随后按配比在炉中加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金及Al-Zn中间合金，待所有中间合金及铝块全部熔化后加入由铝箔包覆的纯Mg块。在Mg块熔化过程中添加覆盖剂防止氧化，要求原材料投放熔炼炉中的环境条件为室内相对湿度为25％以下；
3)待步骤所有合金熔化后对熔体进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至730℃。将铝箔包覆的C2Cl6分两次加入熔体中，无黄色烟雾冒出为止。C2Cl6的质量为配比总质量的0.8％；
4)熔体表面扒渣后按配比加入Al-Ti中间合金，待中间合金熔化后进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至710℃，在水冷模中浇铸成型。
步骤二：将合金铸锭均匀化退火处理，均匀化退火工艺为：在495℃下保温24h然后随炉冷却。
步骤三：将均匀化后的合金进行热轧+冷轧的轧制工艺，最终得到1.8mm厚的板材。
步骤四：轧制后的板材进行固溶淬火处理，具体工艺为：在498℃下保温1h后于水中淬火，淬火温度为20℃。随后将合金进行预变形(变形率1.7％)并进行时长5天的自然时效处理。获得Al-Cu-Mg-Zn合金板材。
对比例一
制备一种飞机蒙皮用高强耐蚀Al-Cu-Mg合金板材，其质量百分数为：Cu含量为4.7wt.％，Mg含量为1.2wt.％，Mn含量为0.56wt.％，Ti含量为0.01wt.％，余量为铝，该合金的Cu/Mg比为3.8。制备方法如下：
步骤一：将熔炼用的原料采用气氛保护电磁感应熔炼方法熔炼合金，具体方法如下：
1)将炉温升温至750℃并从熔炼炉底部通入预热后的惰性气体进行气氛保护，采用的惰性气体为氮气，预热温度为480℃；
2)将一定配比的高纯铝块加入熔炼炉中，当铝块熔化至70％时添加覆盖剂，随后按配比在炉中加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金及Al-Zn中间合金，待所有中间合金及铝块全部熔化后加入由铝箔包覆的纯Mg块。在Mg块熔化过程中添加覆盖剂防止氧化，要求原材料投放熔炼炉中的环境条件为室内相对湿度为25％以下；
3)待步骤所有合金熔化后对熔体进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至730℃。将铝箔包覆的C2Cl6分两次加入熔体中，无黄色烟雾冒出为止。C2Cl6的质量为配比总质量的0.8％；
4)熔体表面扒渣后按配比加入Al-Ti中间合金，待中间合金熔化后进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至710℃，在水冷模中浇铸成型。
步骤二：将合金铸锭均匀化退火处理，均匀化退火工艺为：在495℃下保温24h然后随炉冷却。
步骤三：将均匀化后的合金进行热轧+冷轧的轧制工艺，最终得到1.8mm厚的板材。
步骤四：轧制后的板材进行固溶淬火处理，具体工艺为：在498℃下保温1h后于水中淬火，淬火温度为21℃。随后将合金进行预变形(变形率1.7％)并进行时长5天的自然时效处理。获得不加Zn且Cu/Mg高于控制范围的合金板材。
对比例二
制备一种飞机蒙皮用高强耐蚀Al-Cu-Mg-Zn合金板材，其质量百分数为：Cu含量为4.1wt.％，Mg含量为1.5wt.％，Zn含量为0.67wt.％，Mn含量为0.56wt.％，Ti含量为0.01wt.％，余量为铝，该合金的Cu/Mg比为2.7，Cu/Zn比为6.2。制备方法如下：
步骤一：将熔炼用的原料采用气氛保护电磁感应熔炼方法熔炼合金，具体方法如下：
1)将炉温升温至750℃并从熔炼炉底部通入预热后的惰性气体进行气氛保护，采用的惰性气体为氮气，预热温度为480℃；
2)将一定配比的高纯铝块加入熔炼炉中，当铝块熔化至70％时添加覆盖剂，随后按配比在炉中加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金及Al-Zn中间合金，待所有中间合金及铝块全部熔化后加入由铝箔包覆的纯Mg块。在Mg块熔化过程中添加覆盖剂防止氧化，要求原材料投放熔炼炉中的环境条件为室内相对湿度为25％以下；
3)待步骤所有合金熔化后对熔体进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至730℃。将铝箔包覆的C2Cl6分两次加入熔体中，无黄色烟雾冒出为止。C2Cl6的质量为配比总质量的0.8％；
4)熔体表面扒渣后按配比加入Al-Ti中间合金，待中间合金熔化后进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至710℃，在水冷模中浇铸成型。
步骤二：将合金铸锭均匀化退火处理，均匀化退火工艺为：在495℃下保温24h然后随炉冷却。
步骤三：将均匀化后的合金进行热轧+冷轧的轧制工艺，最终得到1.8mm厚的板材。
步骤四：轧制后的板材进行固溶淬火处理，具体工艺为：在498℃下保温1h后于水中淬火，淬火温度为22℃。随后将合金进行预变形(变形率1.7％)并进行时长5天的自然时效处理。获得Cu/Zn比在控制范围内但Cu/Mg比不在可控范围内的合金板材。
对比例三
制备一种飞机蒙皮用高强耐蚀Al-Cu-Mg合金板材，其质量百分数为：Cu含量为3.8wt.％，Mg含量为1.5wt.％，Mn含量为0.56wt.％，Ti含量为0.01wt.％，余量为铝，该合金的Cu/Mg比为2.5。制备方法如下：
步骤一：将熔炼用的原料采用气氛保护电磁感应熔炼方法熔炼合金，具体方法如下：
1)将炉温升温至750℃并从熔炼炉底部通入预热后的惰性气体进行气氛保护，采用的惰性气体为氮气，预热温度为480℃；
2)将一定配比的高纯铝块加入熔炼炉中，当铝块熔化至70％时添加覆盖剂，随后按配比在炉中加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金及Al-Zn中间合金，待所有中间合金及铝块全部熔化后加入由铝箔包覆的纯Mg块。在Mg块熔化过程中添加覆盖剂防止氧化，要求原材料投放熔炼炉中的环境条件为室内相对湿度为25％以下；
3)待步骤所有合金熔化后对熔体进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至730℃。将铝箔包覆的C2Cl6分两次加入熔体中，无黄色烟雾冒出为止。C2Cl6的质量为配比总质量的0.8％；
4)熔体表面扒渣后按配比加入Al-Ti中间合金，待中间合金熔化后进行搅拌并静置12min，随后降低炉温至710℃，在水冷模中浇铸成型。
步骤二：将合金铸锭均匀化退火处理，均匀化退火工艺为：在495℃下保温24h然后随炉冷却。
步骤三：将均匀化后的合金进行热轧+冷轧的轧制工艺，最终得到1.8mm厚的板材。
步骤四：轧制后的板材进行固溶淬火处理，具体工艺为：在498℃下保温1h后于水中淬火，淬火温度为21℃。随后将合金进行预变形(变形率1.7％)并进行时长5天的自然时效处理。获得不加Zn且Cu/Mg比低于控制范围内的合金板材。
实施例与对比例中所制备的合金材料，对其进行室温拉伸试验(按照GBT-228.1-2010)、晶间腐蚀(按照GB/T 7998-2005)测试和剥落腐蚀(按照GB/T22639-2008)测试。实施例与对比例的力学性能和腐蚀性能参数如表1所示。
从表1可以看出通过添加少量Zn并控制Cu/Mg比在2.8～3.3的范围之内后，合金板材力学性能保持稳定，晶间腐蚀最大深度为74μm，剥落腐蚀等级为PA级以上，材料的耐蚀性能提升。
表1
Figure BDA0003563561950000101
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种高强耐蚀铝合金，其特征在于：所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；其中，Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐蚀铝合金，其特征在于：包括以下质量百分比组分：Cu：3.8～4.9％；Mg：1.2～1.5％；Zn：0.35～0.7％；Mn：0.4～0.6％；Ti：0.01～0.03％；Si≤0.15％；Fe≤0.15％，余量为铝。
3.权利要求1或2所述的一种高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：在熔炼炉中通入惰性气体后，先将熔炼炉升温至740～750℃并加入铝锭，当铝锭部分融化时加入覆盖剂，随后添加Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zn中间合金，待铝锭和所有中间合金全部融化后加入镁锭和覆盖剂，搅拌至镁锭也完全融化并静置后；再将熔炼炉温度降低至720～730℃并加入C2Cl6，经过扒渣后加入Al-Ti中间合金，再次降低熔炼炉温度至700～710℃，待Al-Ti中间合金完全融化后，浇铸，即得。
4.根据权利要求3所述的一种高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述惰性气体经过预热至460～500℃后再通入熔炼炉；所述惰性气体为氩气、氮气和氦气中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝锭纯度≥99.99％；所述铝锭融化至60～80％时加入覆盖剂。
6.根据权利要求3所述的一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述覆盖剂包括以下质量百分比组分：CaF 7～9％，NaCl 40～43％，KCl 36～43％和冰晶石10～12％。
7.根据权利要求3所述的一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述镁锭纯度≥99.99％；所述C2Cl6分两次加入熔炼炉，每次加入量为铝合金总质量的0.2～0.5％，总加入量为铝合金总质量的0.6～1.0％。
8.根据权利要求3所述的一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述高强度耐蚀铝合金的制备全过程中保持室内的相对湿度≤25％。
9.权利要求1或2所述的一种高强耐蚀铝合金的应用，其特征在于：应用于飞机蒙皮材料的制备。
10.根据权利要求9所述的一种高强耐蚀铝合金的应用，其特征在于：将高强耐蚀铝合金进行均匀化退火处理后轧制成薄板；将薄板经过固溶淬火后，进行T3热处理工艺，即得。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115786788A (zh) * 2022-12-01 2023-03-14 中南大学 一种耐热耐蚀Al-Cu-Mg合金及其制备方法和应用

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2843754A1 (fr) * 2002-08-20 2004-02-27 Corus Aluminium Walzprod Gmbh Alliage ai-cu-mg-si equilibre
CA2493399A1 (en) * 2002-08-20 2004-03-04 Corus Aluminium Walzprodukte Gmbh Al-cu alloy with high toughness
FR2858984A1 (fr) * 2003-08-19 2005-02-25 Corus Aluminium Walzprod Gmbh Produit en alliage ai-cu a haute tenacite et son procede de production
CN101484604A (zh) * 2006-07-07 2009-07-15 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 Aa2000系列铝合金产品及其制造方法
CN101967615A (zh) * 2010-10-27 2011-02-09 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种提高2000系铝合金板材损伤容限性能的方法
CN103789564A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 上海交通大学 一种碳纳米管增强铝合金复合材料的粉末冶金制备方法
JP2014173097A (ja) * 2013-03-06 2014-09-22 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk アルミニウム合金線、アルミニウム合金撚り線、絶縁電線、及びワイヤーハーネス
CN105803280A (zh) * 2016-04-25 2016-07-27 山东南山铝业股份有限公司 一种耐损伤容限高强铝合金板材及其制备方法
CN111235443A (zh) * 2020-03-30 2020-06-05 天津忠旺铝业有限公司 一种低加工变形2系铝合金板材的制备方法
CN111690887A (zh) * 2020-06-28 2020-09-22 山东南山铝业股份有限公司 一种制备2系铝合金退火细晶薄板的制备方法
CN113293273A (zh) * 2021-04-13 2021-08-24 中铝材料应用研究院有限公司 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法
CN113444941A (zh) * 2021-06-18 2021-09-28 天津忠旺铝业有限公司 一种提高2024-t3板材强度的方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2843754A1 (fr) * 2002-08-20 2004-02-27 Corus Aluminium Walzprod Gmbh Alliage ai-cu-mg-si equilibre
CA2493399A1 (en) * 2002-08-20 2004-03-04 Corus Aluminium Walzprodukte Gmbh Al-cu alloy with high toughness
FR2858984A1 (fr) * 2003-08-19 2005-02-25 Corus Aluminium Walzprod Gmbh Produit en alliage ai-cu a haute tenacite et son procede de production
CN101484604A (zh) * 2006-07-07 2009-07-15 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 Aa2000系列铝合金产品及其制造方法
CN101967615A (zh) * 2010-10-27 2011-02-09 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种提高2000系铝合金板材损伤容限性能的方法
JP2014173097A (ja) * 2013-03-06 2014-09-22 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk アルミニウム合金線、アルミニウム合金撚り線、絶縁電線、及びワイヤーハーネス
CN103789564A (zh) * 2014-01-23 2014-05-14 上海交通大学 一种碳纳米管增强铝合金复合材料的粉末冶金制备方法
CN105803280A (zh) * 2016-04-25 2016-07-27 山东南山铝业股份有限公司 一种耐损伤容限高强铝合金板材及其制备方法
CN111235443A (zh) * 2020-03-30 2020-06-05 天津忠旺铝业有限公司 一种低加工变形2系铝合金板材的制备方法
CN111690887A (zh) * 2020-06-28 2020-09-22 山东南山铝业股份有限公司 一种制备2系铝合金退火细晶薄板的制备方法
CN113293273A (zh) * 2021-04-13 2021-08-24 中铝材料应用研究院有限公司 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法
CN113444941A (zh) * 2021-06-18 2021-09-28 天津忠旺铝业有限公司 一种提高2024-t3板材强度的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HWA B等: "Microstructure and mechanical properties of interrupted aged cast Al-4.5Cu-3.5Zn-0.5Mg alloy" *
杨文玲等: "微量 Zn 对 Al-4.2Cu-1.4Mg合金应力腐蚀与微观组织的影响", 《稀有金属材料与工程》 *
肖代红等: "微量Sc对2A14铝合金轮毂组织与性能的影响", 《特种铸造及有色合金》 *
赵永军等: "汽车铝合金锻件及冲挤件", 《轻合金加工技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115786788A (zh) * 2022-12-01 2023-03-14 中南大学 一种耐热耐蚀Al-Cu-Mg合金及其制备方法和应用
CN115786788B (zh) * 2022-12-01 2023-10-13 中南大学 一种耐热耐蚀Al-Cu-Mg合金及其制备方法和应用

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