CN87100735A - 用热共轧工艺为含锂铝合金覆层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在常规加热条件(即在空气中)下用热共轧工艺为含锂铝合金覆层的方法。此方法包括：将芯材合金于450℃至550℃之间，在空气中加热一段时间，进行控制性氧化，使得因表面损失锂所影响的深度在50至700微米之间。继而用机械或化学方法除去此芯材上的表面氧化物，使此合金材料的损耗小于30微米。然后对此芯一皮组合件在重热温度低于500℃、重热时间短于24小时的条件下进行共热轧，结果使此芯材与表面覆层完美粘合。

Description

本发明涉及在普通加热条件下（即在空气中），为含锂铝合金覆层的热共轧法。

业已知道，应用带覆层的铝合金，尤其是在航空工业中应用有覆层的铝合金，通过在表面形成的一层或多层金属或合金，能达到双重目的：使构成心板之合金的表面状况得到改善，并改进它的电化学防护性能。

例如2000系或7000系合金（铝业协会术语），普遍采用例如A5或AZ1型（分别为1050A与7022系）的市售纯铝作包覆层。

但是，在这样一些有金属覆层的产品的心料与表面覆层之间须拥有很强的粘合力，以保证此种结构具有很高的机械强度。

当前，以热共轧法将含锂铝合金心板与覆层（以下称之为包层或外皮）（特别是1050A与7022系的铝质覆层）所构成的组合件轧制成薄板的实验表明，由于上述覆层对此种心板材料无粘附力，出现了失效现象。

这种现象可能是由于，在进行共轧前的加热作业中，心料发生表面氧化而有Li₂O形成;后者经水解而成为Li（OH），并与炉子气氛中的二氧化碳起反应生成碳酸盐LiCO₃。

所有上述的氧化产物妨碍了在热共轧作业中那种心料与其一或多层外皮之间的金相键合。

在干燥的非氧化气氛甚至是在真空中，重新加热上述这种心-皮组合件看来是可行的，但这需要高度专门化的设备和要求对炉子气氛进行精细的控制;另外，在退火作业之前，将此一或多层外皮连续地熔合到所述心料上，以防止在空隙间发生氧化，这也是可行的，但这类工艺既复杂，又麻烦。

申请人解决了采用常规的加热设备（鼓风炉），以市售的纯铝或一种不含锂的铝合金为含锂铝合金覆层的问题，方法是在重新加热心-皮组合件以进行共轧作业之前，在生产线中引入一道用以有控制地氧化所用心料合金和消除所产生的氧化物的工序。

更明确地说，待覆层之制品的氧化是在其机械加工过的表面，例如在其经过刮平或磨整的表面上进行的。此时是在一鼓风炉中，或在任何其它氧化气氛中，于温度范围To内加热。To满足：

450℃≤To≤550℃

但最好满足：500℃≤To≤530℃。加热时间to应使由于表面损失锂而受到影响的表层厚度在30至700微米之间，最好是在100至500微米之间，尤其合适的是在200至500微米之间（测定该厚度的方法见实施例1）。时间to易据实验确定。

取定此时间上限的根据是，氧化处理时间不应过长，以保持优良的生产率;而一定的时间下限是必需的，这是为了得到一种锂含量减少到足以产生令人满意的覆盖效果的表面。

继上述氧化处理之后，可用刷净、喷丸、喷砂、酸洗之类的任何一种已知的化学或机械处理方法，进行除去表面氧化物的操作。合金材料的厚度损失每面应小于30微米，最好是小于10微米。

用极简单的实验（失重法），容易确定除去氧化物的条件。要是所侵蚀的深度超过30微米，就不再能可靠地保证覆层能牢固地粘附在合金材料件上了。

然后，就能在常规的、热轧前的加热条件下，进行所说的热共轧作业前的心-皮组合件的重热处理;而这种加热条件，就所涉及的合金而论，是掌握了本项工艺的人所熟知的。但是，为了形成一种有高度粘附性的覆层，重热温度不宜超过500℃，而最好是低于470℃（甚至低于450℃）;重热时间不要长于24小时，最好短于12小时。采用这些条件，便有可能避免组合件通过其端面缝隙发生过量的空隙氧化，从而提高了生产率（需切除的末端及边缘部分均较少）。

本发明可通过下述实施例而获得更好的理解;这些实施例的图解见图1-3。

图1所示曲线说明了在535℃进行1小时30分钟氧化后，心材合金中锂和镁的含量因至心材表面的深度不同而改变的情况。

图2所示是以A5覆层的合金8090的纵或横向截面中某一部分的显微绘图。该覆层合金呈1.6毫米厚的薄板状，在盐雾中（实施例2）保持1000小时后经过淬火与退火。

图3所示是以7072覆层的合金2091的纵或横向截面中某一部分的显微绘图。该覆层合金呈0.8毫米厚的薄板状，在盐雾中（实施例3）保持1000小时后经过淬火与退火。

实施例1

确定氧化处理所影响的深度

把合金8090浇铸成板，其横截面为800×300平方毫米，其组成为（按重量%计）：Li2.8%，Cu1.35%，Mg1.0%，Zr0.12%，Fe0.06%，Si0.03%，其余为A1。于535℃下将该合金板均化24小时，按每面削去15毫米厚的限度进行表面刮平或修整，于470℃重热24小时，再热轧至13毫米厚。取其一部分作为样品，加工成1毫米厚，在鼓风炉中于535℃温度下进行1小时30分钟溶液化处理（Solution    treatment）。垂直于其氧化表面取一抛光截面，用SIMS法（次级离子质谱法），测定距表面不同深度处锂及镁之含量。结果示明于图1，从中可以看到，锂含量在约120微米的深度范围内减少了。

实施例2

合金8090的组成（按重量%计）如下：Li2.6%，Cu1.2%，Mg1.1%，Zr0.08%，Fe0.06%，Si0.02%，其余为A1。将其浇铸成板，重150公斤，横截面为350×150平方毫米，在540℃下均化24小时，按每面削去15毫米厚的限度进行表面修整，在鼓风炉中于535℃氧化12小时，浸入冷硝酸浴（按体积计含50%的36玻美度硝酸）中6分钟，以水冲洗，浸入温度为45℃而浓度为50克/升的氢氧化钠浴中4分钟（侵蚀深度14微米），继而以水冲洗，置于按体积计含50%36玻美度硝酸的冷硝酸浴内中和15分钟，再用水冲洗。

然后将两层各厚6毫米的A5外皮层分别贴附在上述板材的每个大面上，并将它们固定在此8090合金板的一端使其就位。将此构件于450℃温度下加热12小时，然后热轧至3.2毫米厚，在400℃退火1小时30分钟，冷轧至1.6毫米厚，于540℃经溶液化处理15分钟，以冷水淬火，拉伸2%，于170℃回火6小时。

按上述方式回火的薄板材暴露于盐雾（ASTM标准B117）下1000小时。此种外皮层罕有凹坑;如图2所示，此类凹坑终止于铝-锂接触处。从图中也可看到这样高质量的心-皮结合。

实施例3

将具有下述组成（按重量%计）的合金2091浇铸成板：Li2.0%，Cu2.1%，Mg1.45%，Zr0.07%，Fe0.05%，Si0.03%，其余为A1;板重1500公斤，横截面为800×300平方毫米。于520℃将此板均化24小时，切整两端，按每面削去15毫米厚的限度进行表面修整或刮平，在鼓风炉中于温度520℃下氧化24小时。使此合金板保持直立，在静态空气中冷却，浸于冷硝酸浴（按体积计含50%36玻美度的硝酸）中5分钟，继而以水冲洗，浸于浓度为75克/升、温度为40℃的氢氧化钠浴中3分钟（侵蚀深度8微米），以水冲洗，用冷硝酸浴（按体积计含50%36玻美度的硝酸）中和10分钟，最后以冷水冲净。

将合金7022（铝业协会牌号）外皮按每大面一层贴附在上述板材上，且用将其固定于合金2091板之一端的方式使之就位。合金7022每层厚20毫米。将此组合件于鼓风炉中在470℃下加热12小时，然后热轧至3.6毫米厚，卷成薄板卷，在430℃退火24小时，并连续地冷轧至1.2毫米厚。

将一部分这样的薄板继续轧成厚0.8毫米的薄片。

然后将此薄片在530℃下进行15分钟溶液化处理，以冷水淬火作业后，在这样一种小的厚度范围上无起泡与分离现象，这就证实了此种覆层的机械质量良好。

上述薄片暴露在盐雾（ASTM标准B-117）下1000小时，显示出良好的抗侵蚀性（见图3），因此它具有有效的电化学保护性能。

本发明的这种方法适用于所有含锂的铝合金，特别适用于具有下述组成（按重量%计）的合金：

Li    0.3～4%，Cu    0～5%，Mg    0～7%，

Zn    0～15%，Zr    0～0.2%，Mn    0～1.0%，

Cr    0～0.3%，Nb    0～0.2%，Ni    0～0.5%，

Si    0～0.5%，其它元素各≤0.05%，

其余为A1，而为了获得满意水平的热变形能力，所用合金最好满足：

Zn%/30+Mg%/18+Li%/4.2+Cu%/7≤1。

Claims (8)

1、用市售的纯铝或不含锂的铝合金以热共轧工艺为含锂的铝合金(心材)覆层的方法，其特征为：在共轧作业前的重热作业前，对含锂铝合金心材在450℃和550℃之间的温度下进行氧化处理，使锂含量减少的区域之深度在50至700微米之间，然后以化学和/或机械方法处理，以除去氧化物，此合金料在上述最后一道处理工序中的表层厚度损失至多为30微米。

2、符合权利要求1的一种方法，其特征为：所述氧化处理是在500至530℃之间进行。

3、符合权利要求1或2的一种方法，其特征为：在所述的化学或机械处理工序中，被除掉的合金材料厚度小于10微米。

4、符合权利要求1至3中之一的一种方法，其特征为：述及之锂含量减少的区域之深度在100和500微米之间。

5、符合权利要求4的一种方法，其特征为：所述锂含量减少之区域的深度是在200和500微米之间。

6、符合权利要求1至5中之一的一种方法，其特征为：先于共轧作业前的重热作业是在温度不超过500℃，时间不超过24小时的条件下进行。

7、符合权利要求6的一种方法，其特征为：上述重热作业是在温度低于470℃（且最好是450℃）、时间少于12小时之条件下进行的。

8、把符合权利要求1至7中任何一项的方法应用于具有下述组成（按重量%计）的铝合金：

Li  0.3～4，Cu  0～5，Mg  0～7，Zn  0～15，

Zr  0～0.2，Mn  0～1.0，Cr  0～0.3，Nb  0～0.2

Ni  0～0.5，Fe  0～0.5，Si  0～0.5，

其它元素各≤0.05，其余为Al，而最好是：

Zn%/30+Mg%/18+Li%/4.2+Cu%/7≤1。