[發(fā)明專利]一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的Al-Zr-Er合金材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310111629.9
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103184372A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高坤元;劉丹;聶祚仁;文勝平;黃暉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22F1/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的微合金化鋁合金材料，屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于鋁基合金具有低密度、高比強(qiáng)度、易加工性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天以及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。從合金成分的角度看，通常有兩種強(qiáng)化鋁合金的方式：固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。通過固溶強(qiáng)化得到的鋁合金，僅僅適用于低強(qiáng)或中強(qiáng)的強(qiáng)度范圍，但是其良好的耐蝕性彌補(bǔ)了強(qiáng)度較低的缺陷；高強(qiáng)鋁合金往往是通過析出強(qiáng)化的方式獲得的，然而析出相與鋁基體間存在的電勢差，會(huì)破壞合金表面的電化學(xué)均勻性，使得合金耐腐蝕性能變差。一般來講，合金的強(qiáng)度越高，耐腐蝕性能就越差。可見，鋁合金的強(qiáng)度與耐蝕性之間存在的這種負(fù)相關(guān)性，成為開發(fā)兼具高強(qiáng)度與優(yōu)良耐蝕性鋁合金材料必須解決的技術(shù)難題。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對稀土元素在鋁合金中的微合金化作用做了大量的研究。其中，以對Sc的研究最為深入，并取得了令人滿意的研究成果，但是Sc的價(jià)格昂貴，限制了Sc鋁合金在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。價(jià)格相對便宜的Er成為人們研究的熱點(diǎn)，與Sc類似，通過與鋁形成具有L1₂結(jié)構(gòu)的Al₃Er相，提高鋁合金的力學(xué)性能。中國專利CN102021443A公開發(fā)明了一種Al-Er-Zr合金，表明Er和Zr復(fù)合微合金化，具有非常顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果，然而該專利未涉及Er、Zr復(fù)合添加對耐腐蝕性能的影響。本發(fā)明在純鋁中復(fù)合添加Er、Zr兩種元素，在保證合金有效強(qiáng)化的前提下，綜合考慮耐電化學(xué)腐蝕性能，通過調(diào)整兩種合金元素的含量，以及合適的熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度及耐蝕性的同步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有高強(qiáng)鋁合金耐蝕性差的不足，尋找一種對鋁或鋁合金基體起到強(qiáng)化作用，又會(huì)提高鋁合金的耐腐蝕性能的鋁合金材料及其制備方法。

本發(fā)明所提供的Al-Zr-Er合金，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比含量的組分：Zr為0.19～0.30%，Er為0.06～0.26%，余量為鋁，Zr的成分均接近其在鋁中的最大固溶度，Er的成分變化明顯。

以上所述的合金元素的最佳成份范圍為:Zr為0.19～0.25%（重量百分比），Er為0.08～0.20%（重量百分比）。

本發(fā)明上述高強(qiáng)、耐腐蝕的鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）在熔化的純鋁液（>99.99%）中，加入AlEr和AlZr中間合金，熔煉溫度為750～780℃，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，用鐵模澆鑄；

（2）然后在640℃±10℃對鑄錠進(jìn)行均勻化退火，然后進(jìn)行冷軋，冷軋工藝優(yōu)選控制每道次壓下量在10%～25%，最終冷變形量為75%～90%；然后在640℃±10℃進(jìn)行固溶處理20～30小時(shí)，隨后水淬到室溫；

（3）然后在200℃～（400-500）℃之間進(jìn)行等時(shí)時(shí)效，具體過程為自200℃起每隔25℃保溫3h后取樣，例如200℃/3h取第一個(gè)樣，200℃/3h+225℃/3h取第二個(gè)樣，200℃/3h+225℃/3h+250℃/3h取第三個(gè)樣，依次類推直到（400-500）℃之間硬度達(dá)最大值結(jié)束；

或者375℃±10℃等溫時(shí)效等溫時(shí)效，即在特定溫度下保溫不同的時(shí)間，從10分鐘到500小時(shí)，優(yōu)選100-200小時(shí)，使得硬度達(dá)最大值結(jié)束。

本發(fā)明在于采用了上述成分配比的Er和Zr復(fù)合微合金化，通過上述的工藝過程發(fā)現(xiàn)，在最佳成分范圍內(nèi)，通過合適的熱處理工藝，Al-Er-Zr合金的強(qiáng)度與耐電化學(xué)腐蝕性能達(dá)到顯著的同步提高。本發(fā)明制備的合金，通過時(shí)效熱處理即可實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)度的大幅提高，以及耐電化學(xué)腐蝕性能的同步提升，這不同于現(xiàn)有可熱處理強(qiáng)化的鋁合金中耐蝕性變差的現(xiàn)象。

附圖說明

圖1：200～500℃之間每隔25℃等時(shí)3小時(shí)時(shí)效曲線；

圖2：S3，S4，S5，S6號試樣在375℃的等溫時(shí)效曲線；

圖3：S3號試樣在375℃等溫時(shí)效10h，100h，200h的動(dòng)電位掃描循環(huán)極化曲線；

圖4：S4號試樣在375℃等溫時(shí)效10h，100h，200h的動(dòng)電位掃描循環(huán)極化曲線；

圖5：S6號試樣在375℃等溫時(shí)效10h，100h，200h的動(dòng)電位掃描循環(huán)極化曲線。

具體實(shí)施方式