專利名稱：高硬抗剝蝕7000系鋁合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金及其制備方法，尤其是一種具有優良改善性能的7000系 鋁合金及其制備方法，具體地說是一種添加了微量合金元素的高硬抗剝蝕7000系鋁合金 及其制備方法。
背景技術：
眾所周知，7000系(Al-Zn-Mg-Cu系)鋁合金是現代航空航天、武器裝備等領域的 關鍵結構材料。其中7055 (基本成分為A1-7. 6 8. 4Zn_l. 8 2. 3Mg_2. 0 2. 6Cu_0. 08 0. 25Zr)和 7085 (基本成分為 A1-7. 0 8. OZn-L 2 1. 8Mg_l. 3 2. OCu-O. 08 0. 15Zr) 鋁合金備受關注。前者是新一代高硬度、高強度鋁合金，但其抗腐蝕性較差，淬透性較低，限 制了其在厚板(板厚限于38mm)等領域的應用。后者是新一代高抗腐蝕性、高淬透性(板 厚可達300mm)、高強度鋁合金，但其硬度、強度明顯不如前者。在7000系鋁合金中保持較高的Zn/Mg比是得到良好抗腐蝕性、淬透性的基礎，而 微合金化則也是提高鋁合金組織與性能的有效手段。從7055和7085鋁合金的主成分來看， 其Zn/Mg比的平均值分別為3. 9和5. 1，相差很大。從微合金化來看，這兩個合金都僅采用 了過渡族元素(Zr)進行微合金化。鍶(Sr)是一種活性很高的元素，加入鋁中能對Sc、Zr起到降低其燒損的保護作 用，并且Sr是一種長效變質劑，能有效地凈化熔體、去除雜質、細化組織、提高合金元素分 布均勻性。鈧(Sc)既是3d過渡族元素，又是稀土元素，對鋁合金具有神奇的合金化作用。鋁 合金鑄造凝固時少部分的Sc以初生Al3Sc顆粒形式析出，起到非均質晶核的作用，細化合 金鑄態組織，促進等軸晶形成，提高合金元素分布均勻性。大部分的Sc固溶于凝固后的固 溶體中，在隨后的熱加工(退火、熱變形、固溶處理)過程中，以次生Al3Sc質點形式析出，其 尺寸細小(直徑小于20納米)，并與基體共格(晶格錯配度為1.2%)，可以有效地釘扎位 錯和亞晶界，抑制再結晶和晶粒長大，同時還可以改變主要強化相的尺寸、形貌、分布或生 成新的強化相，抑制晶界無析出帶并使晶界第二相分布離散不連續，大大提高合金的強度、 抗蝕性、熱穩定性、可焊性等一系列性能。因此，Sr和Sc復合微合金化可以明顯提高鋁合金的性能。但是，到目前為止，尚 未有一種Sr和Sc復合微合金化的7000系鋁合金可供使用。
發明內容
本發明的目的是針對現有的7000系鋁合金存在的高硬度與高抗剝蝕性能很難兼 顧的問題，提供一種添加有微量元素的高硬抗剝蝕7000系鋁合金及其制備方法。本發明的技術方案是一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金，其特征是它主要由鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅 (Cu)、鋯(Zr)、鍶(Sr)和鈧(Sc)組成，其中Zn的質量百分比為7. 95 8. 34%，Mg的質量百分比為1. 80 1. 89%，Cu的質量百分比為1. 59 1. 83%，Zr的質量百分比為0.148 0. 151%, Sr的質量百分比為0. 0237 0. 0599%, Sc的質量百分比為0. 015 0. 103%，余
量為鋁和少量雜質元素。一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金的制備方法，其特征在于首先，將純Al熔化，然后依次加入Al-Cu中間合金、Al-Sr中間合金、A1-&中間合 金、Al-Sc中間合金、純Zn、純Mg，待全部依次熔入熔化的純鋁中后加入六氯乙烷精煉除氣 直至沒有氣體溢出，靜置保溫5 IOmin后去渣澆鑄成錠。其次，對熔鑄成錠的合金進行后處理；即可獲得高硬抗剝蝕7000系鋁合金。所述的Al-Cu中間合金中Cu的質量百分比為50. 12%,Al-Sr中間合金中Sr的質 量百分比為9. 89%,Al-Zr中間合金中&的質量百分比為4. 11%,Al-Sc中間合金中Sc的 質量百分比為2%。所述的澆鑄成錠合金的后處理其最佳工藝為470 490°C X24h退火、430 450°C預熱后的鍛壓加工、470°C X2h-480°C X2h_490°C X2h共三次固溶處理和最終的 121 °C X24h時效處理。本發明的有益效果(1)本發明獲得了一種合金化程度和Zn/Mg比都介于7055和7085鋁合金之間的 高硬抗剝蝕鋁合金。(2)本發明鋁合金的硬度高達210. 1 212. 2HV。(3)本發明鋁合金經固溶處理470 V X 2h-480 V X 2h_490 V X 2h+時效處理 121°C X24h后，合金的組織處于未再結晶狀態，按國標GB/T 22639-2008 (鋁合金加工產品 的剝落腐蝕試驗方法)其抗剝落腐蝕性能處于PA級。(4)本發明通過大量的試驗獲得了理想的制備方法，尤其是通過采用按次序加入 中間合金及純金屬的方法來控制各組份含量，按本發明的添加次序能容易地得到符合要求 的鋁合金材料。
圖1是本發明的鋁合金經固溶處理470°C X2h-480°C X2h_490°C X2h+時效處理 121 °C X 24h后的微觀組織金相圖。 圖2本發明的鋁合金剝落腐蝕試驗后表面形貌光學顯微鏡圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。實施例一如圖1、2所示。一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金按以下方法制造而得。按45kg合金配制。先將32. 79kg AOO 等級純 Al (主要成分99. 79%A1,0. 14% Fe，0. 04% Si，所有含 量均為質量百分比，下同)熔化后依次加入1. 75kg Al-Cu (49. 62% Al, 50. 12% Cu,0. 15% Fe，0· 11% Si)中間合金(Cu 的損失率約為 6. 25% ) U. 09kgAl-Sr (89. 86% Al,9. 89% Sr,0. 15% Fe，0· 10% Si)中間合金(Sr的損失率約為75% )、1. 80kg A1-&中間合金(95. 69% Al, 4. ll%Zr,0. 20%Fe,0. 10% Si) 的損失率約為 8% )、2· 43kg Al-Sc 中間合金(98% Al,2% Sc) (Sc的損失率約為5%),4. 08kg純Zn (Zn的損失率約為8% )和1. 06kg純Mg (Mg 的損失率約為20% )，所述的中間合金可直接從市訂購，也可采用常規方法配制，待所有中 間合金和金屬熔化在純鋁中后，再加入六氯乙烷精煉(加入量為90g)除氣直至沒有氣體溢 出，靜置保溫5 IOmin后去渣并澆鑄成錠。對熔鑄成錠的合金進行470 490°C X 24h的退 火，接著經430 450°C預熱后進行鍛壓加工，最后進行470°C X2h-480°C X2h-490°C X2h 固溶處理(連續進行三次，總計6小時)、121°C X24h時效處理，即可得到本發明的高硬抗 剝蝕鋁合金。該合金的硬度實測值為212. 2HV，合金的組織處于未再結晶狀態(附圖1)，按國標 GB/T 22639-2008(鋁合金加工產品的剝落腐蝕試驗方法)進行腐蝕，其表面僅出現輕微點 蝕(附圖2)，處于PA級。本實施例的鋁合金經光譜實際測量成分為8. 34Zn，1.89Mg，1.83Cu，0. 151Zr,
0.0599Sr，0. 103Sc，余量為鋁和少量雜質元素。實施例二一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金可按以下方法步驟制造而得。按45kg合金配制。先將36. 03kgA00等級純Al (成分99. 79A1，0. 14Fe,0. 04Si)熔化后依次加入
1.52kg Al-Cu (49. 62% Al, 50. 12% Cu，0. 15% Fe，0· 11% Si)中間合金(Cu 的損失率約為 6. 25%),0. 43kg Al-Sr (89. 86% Al，9. 89% Sr,0. 15% Fe，0· 10% Si)中間合金(Sr 的損失 率約為 75% )、1. 76kgAl-Zr 中間合金(95. 69% Al,4. 11% Zr,0. 20% Fe,0. 10% Si) (Zr 的 損失率約為8 % )、0. 36kg Al-Sc中間合金(98%A1,2% Sc) (Sc的損失率約為5%),3. 89kg 純Zn(Zn的損失率約為8% )、1. Olkg純Mg(Mg的損失率約為20% )，所述的中間合金可直 接從市訂購，也可采用常規方法配制，待所有中間合金和金屬熔化在純鋁中后，再加入六氯 乙烷精煉(加入量為90g)除氣，靜置保溫5 IOmin后 去渣并澆鑄成錠。對熔鑄成錠的 合金進行470 490°C X24h的退火，接著在430 450°C加熱后進行鍛壓加工，最后進行 4700C X2h-480°C X2h-490°C X2h固溶處理(連續進行三次，總計6小時)、121°C X24h 時效處理，即可得到本發明的高硬抗剝蝕鋁合金。該合金硬度實測值為210. 1HV。合金的組織處于未再結晶狀態，按國標GB/T 22639-2008其表面僅出現輕微點蝕，處于PA級。本實施例的鋁合金的光譜實際測量成分為7. 95Zn，1.80Mg，1.59Cu，0. 148Zr,
0.0237Sr，0. 015Sc，余量為鋁和少量雜質元素。實施例三一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金可按以下方法步驟制造而得。按45kg合金配制。先將34. 197kg AOO 等級純 Al (成分99. 79A1，0. 14Fe，0. 04Si)熔化后依次加入
1.638kg Al-Cu(49. 62% Al, 50. 12% Cu，0. 15% Fe，0· 11% Si)中間合金(Cu 的損失率約 % 6. 25% )、0. 766kgAl-Sr (89. 86% Al,9. 89% Sr,0. 15% Fe，0· 10% Si)中間合金(Sr 的 損失率約為 75% ) U. 785kg Al-Zr 中間合金(95. 69% Al,4. 11% Zr,0. 20% Fe，0. 10%Si) (Zr的損失率約為8% )U. 587kg Al-Sc中間合金(98% Al,2% Sc) (Sc的損失率約為 5% ),3. 986kg純Zn (Zn的損失率約為8% )、1. 041kg純Mg (Mg的損失率約為20% )，所述 的中間合金可直接從市訂購，也可采用常規方法配制，待所有中間合金和金屬熔化在純鋁 中后，再加入六氯乙烷精煉(加入量為90g)除氣，靜置保溫5 IOmin后去渣并澆鑄成錠。 對熔鑄成錠的合金進行470 490°C X24h的退火，接著在430 450°C加熱后進行鍛壓加 工，最后進行470°C X 2h-480°C X 2h_490°C X 2h固溶處理(連續進行三次，總計6小時)、 121°C X24h時效處理，即可得到本發明的高硬抗剝蝕鋁合金。該合金硬度實測值為210.5HV，合金的組織處于未再結晶狀態，按國標GB/T 22639-2008其表面僅出現輕微點蝕，處于PA級。本實施例的鋁合金的光譜實際測量成分為8. 15Zn，1.850Mg，1.71Cu，0. 150Zr, 0. 0421Sr，0. 067Sc，余量為鋁和少量雜質元素。以上僅列出了幾個常見配比的鋁合金的配比及制造方法，本領域的技術人員可以根據上述實例適當地調整各組份的配比并嚴格按上述步驟進行制造即可獲得硬度高、抗剝 蝕性能好的7000系鋁合金。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金，其特征是它主要由鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)、鋯(Zr)、鍶(Sr)和鈧(Sc)組成，其中Zn的質量百分比為7.95～8.34％，Mg的質量百分比為1.80～1.89％，Cu的質量百分比為1.59～1.83％，Zr的質量百分比為0.148～0.151％，Sr的質量百分比為0.0237～0.0599％，Sc的質量百分比為0.015～0.103％，余量為鋁和少量雜質元素。
2.—種權利要求1所述的高硬抗剝蝕7000系鋁合金的制備方法，其特征在于 首先，將純Al熔化后依次加入Al-Cu中間合金、Al-Sr中間合金、Al-Zr中間合金、Al-Sc中間合金、純Zn和純Mg，待全部依次與純鋁熔化后加入六氯乙烷精煉除氣直至沒有 氣體溢出，靜置保溫5 IOmin后澆鑄成錠；其次，對熔鑄成錠的鋁合金進行后處理；即可獲得高硬抗剝蝕7000系鋁合金。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征是所述的Al-Cu中間合金中Cu的質量百分 比為50. 12%, Al-Sr中間合金中Sr的質量百分比為9. 89%, Al-Zr中間合金中&的質量 百分比為4. 11%, Al-Sc中間合金中Sc的質量百分比為2%。
4.根據權利要求2所述的高硬抗剝蝕7000系鋁合金的制備方法，其特征在于所述的 澆鑄成錠的鋁合金的后處理包括470 490°C X 24h退火、430 450°C預熱后的鍛壓加工、 4700C X2h、480°C X2h和490°C X2h三次固溶處理和最終的121°C X24h時效處理。
全文摘要
一種高硬抗剝蝕7000系鋁合金及其制備方法，其特征在于它主要由Al、Zn、Mg、Cu、Zr、Sr和Sc組成，其中Zn的質量百分比為7.95～8.34％，Mg的質量百分比為1.80～1.89％，Cu的質量百分比為1.59～1.83％，Zr的質量百分比為0.148～0.151％，Sr的質量百分比為0.0237～0.0599％，Sc的質量百分比為0.015～0.103％，余量為鋁和少量雜質元素。該合金的制備工藝流程為將純Al熔化后依次加入Al-Cu中間合金、Al-Sr中間合金、Al-Zr中間合金、Al-Sc中間合金、純Zn和純Mg，待其熔化后加入六氯乙烷精煉，靜置保溫5～10min后澆鑄成錠；然后進行退火、鍛壓加工、固溶時效處理的后處理。本發明合金的硬度高達210.1～212.2HV，按國標GB/T 22639-2008(鋁合金加工產品的剝落腐蝕試驗方法)進行腐蝕，其表面僅出現輕微點蝕，處于PA級。
文檔編號C22F1/053GK101838762SQ201010123430
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月15日 優先權日2010年3月15日
發明者吳桂潮, 成城, 房士義, 王宏宇, 王彬, 程曉農, 羅勇, 許曉靜, 趙梓皓, 韋寶存 申請人:江蘇大學