[發明專利]一種碳化鎳處理的高強度鋁合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201110398122.7
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN103131921A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 門三泉;張中可;車云;朱紹嚴
• 申請（專利權）人: 貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司
• 主分類號: C22C21/18
• 分類號: C22C21/18;C22C1/02;C22C1/06
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術領域

本發明涉及一種鋁合金材料及其高質化處理方法，特別涉及一種碳化鎳處理的高強度鋁合金及其制備方法。

背景技術

深加工用的鋁合金往往需要首先鑄造成大型的錠坯，如扁錠、圓棒等，再通過軋制、擠壓、鍛造等手段，加工成各種成品，這些過程基本上都要和熱處理相結合，如果到可以直接使用的最終產品，則還要經過分割、表面加工、鈍化處理等作業。這些加工手段，需要鋁合金材料本身具備良好的深加工性能，包括鑄造性能、壓力加工變形性能、熱處理強化性能、抗腐蝕性能、抗疲勞破壞性能、表面加工和涂覆性能等。其中，熔鑄性能是鋁合金深加工性能的基礎。大型錠坯，尤其是厚度500mm以上的扁錠、厚板和直徑500mm以上的圓棒，是大型高效深加工的代表性基材，而能否預制成大型錠坯，也是考驗鋁合金材料本身是否適合進行深加工的第一道技術關口。

據統計，世界上500多種變形鋁合金材料中，常用于熔鑄大型錠坯的鋁合金還不到20個，其中最常用于熔鑄大型錠坯和生產厚板的鋁合金有5083、5026、6082、2017、2024、2219、7075、7050等，這些材料中，屬于硬鋁和超硬鋁范疇的是2XXX系和7XXX系，其厚板多用于航空航天工業，但其熔鑄大型錠坯的性能很差，扁錠和圓棒成形率很低；5XXX系、6XXX系合金熔鑄性能較好，但強度低；其它如1XXX系、3XXX系鋁合金則屬于軟鋁范疇。

目前的鋁合金材料除了熔鑄大型錠坯時的成形性能較差外，大型錠坯在熱處理過程的淬透性不高、耐回火性較差和不能滿足更高的力學性能要求或某些特殊性能（如耐熱、耐蝕）等，也是重大缺陷。這些缺陷使其在工程技術領域替代鋼制品等重強材料和結構的進程中形成了難以跨越的技術斷點。

發明內容

[0005]?本發明所要解決的技術問題是，針對目前鋁合金在熔鑄過程存在的成形性問題和熱處理過程存在的淬透性不高等問題，以復合處理方式加入碳化鎳，使之在熔體中部分溶解，提供原子態合金元素Ni和C元素，生成多種原子態的變質元素，在原子態和快速均勻分布手段的支持下，達到克服鋁合金性能的不足，提高其強韌性、成形性和淬透性，為高效深加工提供高端基材。

本發明的技術方案是，一種碳化鎳處理的高強度鋁合金，按重量百分比計，該合金成分為Cu:3.0～3.2%，Mn:≤0.1%，Mg:0.45～0.5%，Cr:≤0.01%，Zn:1.0～1.5%，Ti:≤0.1%，Si：≤0.5%，Fe：≤0.5%，變質劑NiC-₃為爐料總質量的0.05～0.1%，其余為Al和不可避免的微量雜質。

一種碳化鎳處理的高強度鋁合金，變質劑NiC-₃為聚集態為10～50目。

一種碳化鎳處理的高強度鋁合金的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：在上述元素比例范圍內，選定一組元素和變質劑NiC-₃，再根據需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質金屬的質量，編制合金生產配料表，并按配料表選足備料；

步驟二：先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化，按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，精煉后在700～1000℃下保溫；熔化過程在封閉環境內完成；

步驟三：使用氮氣或惰性氣體或氮氣與惰性氣體的混合氣體，加少量氯氣，對熔體進行除氣凈化作業，同時使變質劑NiC-₃以流態化方式隨氣體加入到合金熔體中；同時進行攪拌，使變質劑NiC-₃在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應；變質劑加入完畢，繼續通入保護性氣體至反應完畢；靜置、調溫至680～730℃，合金液出爐，進入下一個工序。

與現有技術相比，本發明具有如下主要優點：

NiC-₃在合金熔體中，高溫分解出原子態的單質Ni和C，Ni在鋁合金中形成Al₃Ni等金屬間化合物，提高合金的高溫強度和體積、尺寸穩定性，并有使Fe的化合物變成塊狀的傾向，即降低雜質Fe的有害作用。?

粉末狀NiC-₃在以流態化形式隨保護性氣體加入鋁合金熔體過程中，具有比一般塊狀物質大得多的比表面積，能夠實現快速的分散并與熔體充分接觸，顯著縮短了分散和均勻的時間。