CN115505807B - 一种高比强铝锂合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝锂合金制备技术领域，具体涉及一种高比强铝锂合金及其制备方法。本发明通过合理调控Cu/Li比和Cu、Li总含量，同时通过Er、Yb复合微合金化以及双级时效等手段调控析出相的种类、尺寸和分布，从而获得比强度≥220 kN m kg‑1的高比强铝锂合金。所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9~1.2%，Cu：3.4~3.9%，Mg：0.1~0.7%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0~0.09%，Yb：0~0.15%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为2.8~4.3。本发明Yb元素的添加促进时效前期原子团簇的形成，为T1（Al2CuLi）相及θ′（Al2Cu）相的形成提供更多形核位点。本发明的工艺方法简单、易操作，生产成本低廉可控，在航空航天新材料领域具有良好的实际应用前景。

Description

一种高比强铝锂合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于铝锂合金制备技术领域，具体涉及一种高比强铝锂合金及其制备方法和应用。
背景技术
随着不可再生资源的不断消耗和环境问题的日益凸显，要实现可持续发展，必须降低能源消耗、减少对自然环境的污染和破坏。因此节能减排是目前交通运输、军事以及航空航天等领域发展所需解决的关键问题。
轻量化结构设计是降低能源消耗的有效手段，特别是在航空航天领域，轻量化设计可以极大的降低经济成本。将Li元素添加进铝合金后，就形成铝锂合金，并且每添加1％的Li可以降低3％合金密度、提高弹性模量6％。铝锂合金强度可媲美常规2系/7系高强铝合金，并且密度更低，被公认为航空航天领域最理想的轻质结构材料之一。
铝锂合金目前已经发展到第三代Al-Cu-Li系合金，其主要强化相为T1(Al2CuLi)相和θ′(Al2Cu)相，通过增大Cu/Li比可以有效提高合金中T1相和θ′相的体积分数，从而提高合金的强度。但是较高的Cu/Li比或者较大的Cu、Li总含量会导致铝锂合金的密度加大，在一定程度上阻碍了合金比强度的提高。例如，公开号为CN 102634707 A的中国专利公开了一种超高强铝锂合金及热处理工艺，虽然控制Cu/Li比为2.8～3.5，但Cu、Li总含量高达5.3～5.9％，不利于合金比强度的提高。又如，公开号为CN 113215460 A的中国专利公开了一种低密度高强耐损伤铝锂合金热轧板材及其制备方法，Cu/Li比为3.0～5.0，其通过Sc微合金化进一步提高合金的强度，但却增大了材料制造成本。
微合金化是提高铝锂合金综合性能的最有效手段之一。尹登峰等研究了铈对2195铝锂合金显微组织和拉伸性能的影响(尹登峰,余志明,王华,等.铈对2195铝锂合金显微组织和拉伸性能的影响[J].期刊论文,2012,36(2).)，结果表明添加微量铈能使热处理态2195铝锂合金的组织及性能得到明显改善。另外，微量铈能有效细化晶粒、净化晶界和抑制再结晶，使合金的组织分层更加薄化，在一定程度上改善合金的断裂行为，减少沿晶断裂倾向，提高合金的力学性能。
中国专利(CN 112210703 A)公开了一种高再结晶抗力和高强韧铝锂合金及其制备方法，通过Ce、Zr复合微合金化制得含Ce弥散相，从而阻碍合金再结晶过程，提高合金的综合力学性能。但是据文献(Yun-long,Ma,Jin-feng,et al.Variation of AgingPrecipitates and Mechanical Strength of Al-Cu-Li Alloys Caused by SmallAddition of Rare Earth Elements[J].Journal of Materials Engineering andPerformance,2017,26(9):4329–4339.)报道，添加微量Ce会在凝固及退火过程中形成Al8Cu4Ce相，减少T1相的析出，从而降低其强化效果，导致其性能提升有限。
铝锂合金作为可形变热处理合金，时效析出强化是提高铝锂合金性能的关键，因此时效工艺的调控显得尤为重要。铝锂合金的常规时效工艺为变形等温处理，即固溶后进行一定程度的预拉伸或冷轧变形，然后在某一恒定温度下保温一定的时间来获得一定数量、尺寸和分布的析出相以实现合金的强化，然而单一的温度往往导致析出相演变单一、可控性差，导致合金性能难以控制。
因此，有必要对铝锂合金的形变加工工艺进行改进，以期提高力学性能。
发明内容
本发明针对基于现有技术的不足，提出了一种高比强铝锂合金，通过合理调控Cu/Li比和Cu、Li总含量，同时通过Er、Yb复合微合金化以及双级时效等手段调控析出相的种类、尺寸和分布，从而获得比强度≥220kN m kg-1的高比强铝锂合金。
本发明还提出了所述高比强铝锂合金的制备方法。
本发明又进一步提出了所述高比强铝锂合金的应用。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9～1.2％，Cu：3.4～3.9％，Mg：0.1～0.7％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，Er：0～0.09％，Yb：0～0.15％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为2.8～4.3。
优选的，所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.8～1.0％，Cu：3.6～3.8％，Mg：0.1～0.5％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为3.6～4.75。
进一步优选的，所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0～1.2％，Cu：3.6～3.9％，Mg：0.1～0.7％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，Er：0.01～0.09％，Yb：0.05～0.10％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为3.0～3.9。
更进一步的，所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9～1.1％，Cu：3.5～3.8％，Mg：0.1～0.5％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，Er：0.01～0.09％，Yb：0.08～0.15％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为3.2～4.2。
所述高比强铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照所述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，然后将所配原料在保护气氛下于780～860℃温度熔炼20～30min，得到金属液；
(2)将步骤(1)所得金属液在保护气氛下于700～730℃精炼10～15min，再于710～730℃静置10～20min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；
(3)将步骤(2)所得铸锭于保护气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；
(4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至380～420℃，热挤压成型，得到宽度为60mm、厚度为5～10mm的挤压板材；
(5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品。
具体的，步骤(1)中所述熔炼具体是将所配原料装入真空炉中，再抽真空至真空度为0.1～10Pa，然后通入氩气至炉内压强达到200～350Pa，再升温至780～860℃进行熔炼。
具体的，步骤(2)中所述浇铸成型具体是将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为30～120s。
具体的，步骤(3)中，均匀化退火处理为：先在460～475℃保温6～12h，然后随炉升温至510～530℃保温12～24h，最后于空气中冷却至室温。
具体的，步骤(4)中，热挤压成型温度为390～410℃，挤压速率为10～15cm/min，挤压比为1：15～1：22。
具体的，步骤(5)中，固溶处理为：先在490～525℃保温35～75min，然后用20～35℃冷水淬火，淬火时间为1～15s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形1％～8％或冷轧变形5％～25％；时效处理为：在150～175℃保温12～36h或者先在50～120℃低温时效处理4～8h，随后按5～6℃/min升温速度随炉升温至150～175℃保温12～36h。
具体的，所述保护气氛为氩气或氮气形成的气氛。
进一步的，本发明还提供了所述高比强铝锂合金在制备航空航天飞行器零部件或蒙皮材料中的应用。
具体的，所述高比强铝锂合金在制备飞机机身蒙皮材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明使用高纯金属及中间合金为原料，采用真空无溶剂保护熔炼，水冷模快速冷却的铸造方式，同时在气体保护状态下进行精炼，保护气氛下进行热处理，减少合金的铸造缺陷，降低杂质含量及含气量，保证获得高纯净铝锂合金，显著提高铝锂合金的综合性能。
2、本发明通过控制Cu/Li比以及Cu、Li总含量，在保证合金具有较低密度的同时，提高合金热处理过程中T1(Al2CuLi)相的形成，从而提高合金的比强度。
3、本发明通过Er、Yb微合金化，微量Er元素添加导致凝固过程中形成Al8Cu4Er相，并在热挤压过程中破碎，实现纳米尺寸Al8Cu4Er相在基体中弥散分布，阻碍位错运动，起到异质强化效果。Yb元素的添加促进时效前期原子团簇的形成，为T1(Al2CuLi)相及θ′(Al2Cu)相的形成提供更多形核位点，从而提高峰时效状态下T1(Al2CuLi)相及θ′(Al2Cu)相的数密度，从而显著提高合金强度。
4、本发明通过先低温后高温的双级时效工艺，先通过低温时效有效促进溶质原子团簇的形成，为T1(Al2CuLi)相的析出提供形核质点，后进行高温二级时效，促进强化相的进一步长大，从而获得尺寸适当且弥散分布的第二相，有效提高合金的强度。
本发明的工艺方法简单、易操作，生产成本低廉可控，在航空航天新材料领域具有良好的实际应用前景。
附图说明
图1为实施例6步骤(5)所得高比强铝锂合金的金相图；
图2为各实施例及对比例的应力应变曲线。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0％，Cu：3.7％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.5％，Mn：0.4％，Er：0.05％，Yb：0.1％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.7：1，Cu、Li总含量为4.7％。
所述高比强铝锂合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)按照上述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，将所配原料装入真空炉中，抽真空至真空度为10Pa，然后通入氩气至炉内压强达到350Pa，再升温至830℃温度熔炼30min，得到金属液；
步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金分别采用Al-10Li、Al-5Er、Al-10Yb精铝中间合金锭；
(2)将步骤(1)所得金属液在氩气气氛下于720℃精炼15min，再于710℃静置10min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为120s，得到铸锭；
(3)将步骤(2)所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；其中，均匀化退火控制为：先470℃保温10h，然后随炉升温至520℃保温22h，最后于空气中冷却至室温；
(4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至410℃，热挤压成型，挤压速率为15cm/min，挤压比为1：22，得到宽度为60mm、厚度为10mm的挤压板材；
(5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品；其中，固溶处理为：先在500℃保温60min，然后用25℃冷水淬火15s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形3％；时效处理为：在170℃保温30h。
实施例2
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0％，Cu：3.7％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.5％，Mn：0.4％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.7：1，Cu、Li总含量为4.7％。
实施例2的制备方法步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金采用Al-10Li精铝中间合金锭。
实施例2的制备方法与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中熔炼温度为840℃；步骤(5)中时效处理为：先在60℃低温时效6h，随后按5℃/min升温速度随炉升温至170℃保温24h。
实施例3
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0％，Cu：3.7％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.5％，Mn：0.4％，Er：0.06％，Yb：0.2％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.7：1，Cu、Li总含量为4.7％。
所述高比强铝锂合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)按照上述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，将所配原料装入真空炉中，抽真空至真空度为5Pa，然后通入氩气至炉内压强达到250Pa，再升温至810℃温度熔炼25min，得到金属液；
步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金分别采用Al-10Li、Al-5Er、Al-10Yb精铝中间合金锭；
(2)将步骤(1)所得金属液在氩气气氛下于725℃精炼10min，再于710℃静置12min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为80s，得到铸锭；
(3)将步骤(2)所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；其中，均匀化退火控制为：先460℃保温12h，然后随炉升温至525℃保温22h，最后于空气中冷却至室温；
(4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至410℃，热挤压成型，挤压速率为12cm/min，挤压比为1：20，得到宽度为60mm、厚度为8mm的挤压板材；
(5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品；其中，固溶处理为：先在500℃保温60min，然后用25℃冷水淬火10s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形3％；时效处理为：先在50℃低温时效8h，随后按6℃/min升温速度随炉升温至165℃保温28h。
实施例4
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.15％，Cu：3.75％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.4％，Mn：0.4％，Er：0.08％，Yb：0.25％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.26：1，Cu、Li总含量为5.0％。
所述高比强铝锂合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)按照上述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，将所配原料装入真空炉中，抽真空至真空度为2Pa，然后通入氩气至炉内压强达到200Pa，再升温至800℃温度熔炼20min，得到金属液；
步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金采用Al-10Li精铝中间合金锭；
(2)将步骤(1)所得金属液在氩气气氛下于725℃精炼15min，再于715℃静置10min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为60s，得到铸锭；
(3)将步骤(2)所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；其中，均匀化退火控制为：先465℃保温10h，然后随炉升温至525℃保温20h，最后于空气中冷却至室温；
(4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至390℃，热挤压成型，挤压速率为10cm/min，挤压比为1：15，得到宽度为60mm、厚度为10mm的挤压板材；
(5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品；其中，固溶处理为：先在510℃保温60min，然后用25℃冷水淬火5s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形5％；时效处理为：在170℃保温30h。
实施例5
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.15％，Cu：3.75％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.4％，Mn：0.4％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.26：1，Cu、Li总含量为5.0％。
所述高比强铝锂合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)按照上述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，将所配原料装入真空炉中，抽真空至真空度为10Pa，然后通入氩气至炉内压强达到300Pa，再升温至820℃温度熔炼25min，得到金属液；
步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金分别采用Al-10Li、Al-5Er、Al-10Yb精铝中间合金锭；
(2)将步骤(1)所得金属液在氩气气氛下于715℃精炼12min，再于710℃静置10min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为100s，得到铸锭；
(3)将步骤(2)所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；其中，均匀化退火控制为：先470℃保温10h，然后随炉升温至520℃保温22h，最后于空气中冷却至室温；
(4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至410℃，热挤压成型，挤压速率为15cm/min，挤压比为1：22，得到宽度为60mm、厚度为5mm的挤压板材；
(5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品；其中，固溶处理为：先在500℃保温60min，然后用25℃冷水淬火5s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形3％；时效处理为：先在80℃低温时效8h，随后按5℃/min升温速度随炉升温至165℃保温22h。
实施例6
一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.15％，Cu：3.75％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.4％，Mn：0.4％，Er：0.07％，Yb：0.15％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.26：1，Cu、Li总含量为5.0％。
实施例6的制备方法步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金分别采用Al-10Li、Al-5Er、Al-10Yb精铝中间合金锭。
实施例6的制备方法与实施例5的不同之处在于，步骤(4)中预热温度和热挤压成温度为390℃；
步骤(5)中固溶处理为：先在510℃保温60min，然后用25℃冷水淬火10s；时效处理为：先在80℃低温时效8h，随后按5℃/min升温速度随炉升温至160℃保温24h。
图1所示为实施例6固溶时效后的金相显微组织，可以看出其晶粒沿挤压方向被拉长，并且可以看到细小的AlCuEr相在晶界处弥散分布，有效阻碍了热处理中的再结晶过程。
对比例1
对比例1的铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0％，Cu：3.7％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.5％，Mn：0.4％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.7：1，Cu、Li总含量为4.7％。
对比例1的制备方法，具体步骤如下：
(1)按照上述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，将所配原料装入真空炉中，抽真空至真空度为10Pa，然后通入氩气至炉内压强达到350Pa，再升温至850℃温度熔炼30min，得到金属液；
步骤(1)中所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜及中间合金，所述金属铝采用99.99％工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99％高纯镁锭，所述金属铜采用99.99％阴极电解铜，所述中间合金采用Al-10Li精铝中间合金锭；
(2)将步骤(1)所得金属液在氩气气氛下于730℃精炼15min，再于720℃静置10min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为120s，得到铸锭；
(3)将步骤(2)所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；其中，均匀化退火控制为：先470℃保温8h，然后随炉升温至520℃保温24h，最后于空气中冷却至室温；
(4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至410℃，热挤压成型，挤压速率为15cm/min，挤压比为1：22，得到挤压板材；
(5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品；其中，固溶处理为：先在490℃保温60min，然后用25℃冷水淬火15s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形3％；时效处理为：在170℃保温30h。
对比例2
对比例2的铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.15％，Cu：3.75％，Mg：0.4％，Ag：0.4％，Zn：0.4％，Mn：0.4％，余量为Al；其中Cu/Li质量比为3.26：1，Cu、Li总含量为5.0％。
对比例2的制备方法与对比例1的不同之处在于，步骤(1)中熔炼温度为840℃。
下面采用SUN10电子万能试验机对试样(对比例1、2，以及实施例1～6所制得的高比强铝锂合金)的力学性能进行测试，每个状态取3组平行样并取平均值。并根据密度计算公式及比强度计算公式计算每组试样的密度及比强度。各性能测试及计算结果如表1所示，其中对比例1、2与实施例3、6试样的应力应变曲线如图2所示。
表1铝锂合金性能测试及比强度计算结果
Figure BDA0003856741430000091
Figure BDA0003856741430000101
由表1可见，本发明实施例1-6制得的高比强铝锂合金抗拉强度可达629MPa(平均值)，比强度≥220kN m kg-1。
通过实施例1(实施例4)与对比例1(对比例2)比较，可以看出Er、Yb复合微合金化可有效提高材料的力学性能，其抗拉强度可从560MPa提升至611MPa，强度提高9％，比强度提高8％。通过实施例1与实施例3比较，可以看出通过双级时效工艺可以提高材料的力学性能，其抗拉强度可提高5％，比强度提高5.6％。通过比较实施例2与实施例5可以发现，Cu/Li比以及Cu、Li总含量同样可以影响材料的力学性能，通过将Cu/Li比从3.7降低至3.26以及将Cu、Li总含量从4.7％提升至5％，可使材料抗拉强度从616MPa提升至630MPa。进一步地，通过比较对比例1与实施例6，可以看出通过Er、Yb复合微合金化、双级时效工艺以及改变Cu/Li比和Cu、Li总含量，最高可使材料的抗拉强度从560MPa提升至659MPa，抗拉强度提升可达17％，比强度提高18％，强化效果优异。
应用实例1
蒙皮是指覆盖在骨架外的受力构件，其在服役过程中主要承受拉伸(压缩)和剪切载荷，因此较高的抗拉强度是材料性能的重要指标之一。并且航空航天领域，发射器成本每减重1kg，可节约经济成本约2万美元，因此开发一种低密度、高比强度的材料是航空航天领域进一步发展的主要方向之一。
目前飞机蒙皮结构大部分使用的是7xxx铝合金，卫星蒙皮结构大多使用2xxx铝合金，随着大飞机及高速飞行器更新换代和载人航天、深空探测等重大工程的开展，对飞行器结构强度和轻量化水平提出了更高的要求，急需新一代轻质高强铝合金材料。
将本发明实施例6中所获得的高比强铝锂合金板材用作飞机机身蒙皮材料，替代传统7055-T7751、7075-T79511等铝合金，材料强度提高10％，密度降低8％，可获得15％以上的结构减重效果。将本发明实施例6中所获得的高比强铝锂合金板材用作卫星蒙皮结构替代2024-T351铝合金，材料强度提高50％，密度降低5％，可使卫星蒙皮结构强度提升20％以上，通过结构减薄可实现获得40％以上减重效果。
本发明所述高比强铝锂合金将成为飞机、卫星、火箭等领域新一代蒙皮材料，在航天、航空等领域具有广阔的应用前景，在轨道交通等高端民用领域的推广应用也具有较大潜力。
以上对本发明的具体实施案例进行了描述，需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式。本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高比强铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9~1.2%，Cu：3.4~3.9%，Mg：0.1~0.7%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0.01~0.09%，Yb：0.05~0.15%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为2.8~4.3；
所述高比强铝锂合金采用如下步骤制备得到：
（1）按照所述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，然后将所配原料在保护气氛下于780~860℃温度进行熔炼20~30min，得到金属液；
（2）将步骤（1）所得金属液在保护气氛下于700~730℃精炼10~15min，再于710~730℃静置10~20 min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；
（3）将步骤（2）所得铸锭于保护气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；
（4）将步骤（3）经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至380~420℃，热挤压成型,挤压比为1:15~1：22，得到宽度为60mm，厚度为5~10mm的挤压板材；
（5）将步骤（4）所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得。
2.根据权利要求1所述的高比强铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0~1.2%，Cu：3.6~3.9%，Mg：0.1~0.7%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0.01~0.09%，Yb：0.05~0.10%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为3.0~3.9。
3.根据权利要求1所述的高比强铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9~1.1%，Cu：3.5~3.8%，Mg：0.1~0.5%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0.01~0.09%，Yb：0.08~0.15%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为3.2~4.2。
4.权利要求1-3任一所述高比强铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照所述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，然后将所配原料在保护气氛下于780~860℃温度进行熔炼20~30min，得到金属液；
（2）将步骤（1）所得金属液在保护气氛下于700~730℃精炼10~15min，再于710~730℃静置10~20 min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；
（3）将步骤（2）所得铸锭于保护气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；
（4）将步骤（3）经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至380~420℃，热挤压成型,挤压比为1:15~1：22，得到宽度为60mm，厚度为5~10mm的挤压板材；
（5）将步骤（4）所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述熔炼具体是将所配原料装入真空炉中，再抽真空至真空度为0.1~10 Pa，然后通入氩气至炉内压强达到200~350Pa，再升温至780~860℃进行熔炼。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述浇铸成型具体是将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，冷却时间为30~120s。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，均匀化退火处理为：先在460~475℃保温6~12h，然后随炉升温至510~530℃保温12~24h，最后于空气中冷却至室温。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，热挤压成型温度为390~410℃，挤压速率为10~15cm/min。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，固溶处理为：先在490~525℃保温35~75min，然后用20~35℃冷水淬火，淬火时间为1~15s；预变形处理为：沿挤压方向拉伸变形1%~8%或冷轧变形5%~25%；时效处理为：在150~175℃保温12~36 h或者先在50~120℃低温时效处理4~8h，随后按5~6℃/min升温速度随炉升温至150~175℃保温12~36h。
10.权利要求1-3任一所述高比强铝锂合金在制备航空航天飞行器零部件或蒙皮材料中的应用。
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