[發明專利]一種鋁合金材料及制備方法

在審

• 申請號: 201410768551.2
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN105734367A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 楊守杰;于海軍;楊斌;王玉靈;戴圣龍
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域：本發明涉及金屬材料，特別是采用噴射沉積快凝技術制備的屈服強度超過900MPa的合金材料。

背景技術：在常用金屬結構材料鋼、鋁、鈦中，鋁合金的密度最小、強度最低，因此提高鋁合金的強度一直是廣大材料工作者的重要任務。中國專利03105787.x公開了“一種高強度Al-Zn-Mg-Cu變形鋁合金”，它是在選用純度為99.9％以上的原鋁，加入適量的Zr和Be元素，降低合金中Fe、Si雜質的含量，同時采用多層陶瓷熔體過濾技術，減少合金中夾渣。合金的成分為(Wt.％)：Zn:6～7；Mg:2.0～2.8；Cu:1.8～2.6；Zr:0.08～0.16；Be:0.0002～0.002；Fe≤0.15；Si≤0.12；Mn≤0.1；Cr≤0.04；Ti≤0.1；雜質總量≤0.15；Al余量。該發明合金的抗拉強度及合金的韌性和疲勞性能都有了大幅度的增強，該發明合金采用傳統的鑄錠法生產是可以進行的。但是，若要進一步提高合金的強度，加大鑄錠的體積，傳統的鑄錠法就很難進行了。中國專利CN201110438962.1公開了一種添加TaC的高強度鋁合金及其制備方法，通過添加TaC的高強度鋁合金及其制備方法，在變形鋁合金中以粉末狀加入Ta和C元素，合金的成分為(Wt.％)：0.2～0.6％的Si，小于等于0.35％的Fe，小于等于0.1％的Cu，小于等于0.1％的Mn，小于等于0.1％的Cr，0.45～0.9％的Mg，小于等于0.1％的Zn，小于等于0.1％的Ti，0.8～1.8％的Ta，0.8～1.8％的C，余量為Al。該發明在鑄造過程中可以在合金凝固過程中有效增加異質形核核心，從而達到晶粒細化的效果，增加了合金強度；并且加入的元素可以促進形成間隙原子和間隙相，高溫時在α(Al)固溶體中溶解度大，而在室溫時很小，從而使合金具有較高的可熱處理性質。但是，通過增加TaC的方式對提高屈服強度的提升有限，達不到900MPa的屈服要求，且通過該方法無法進一步優化和提高。

另外，《粉末冶金材料科學與工工程》2011年第16期上的《復合添加Zr、Cr、Pr對超高強鋁合金腐蝕和斷裂行為的影響》文獻公開了一種采用復合添加Zr、Cr、Pr元素的方法制備高強度鋁合金，其工藝參數為：熔煉溫度760—800℃，用六氯乙烷精煉，采用240℃預熱鐵模(d45mm)澆鑄。

發明內容：本發明涉及一種鋁合金材料，元素質量含量Zn:9.5～12.0％，Mg:1.5～3.8％，Cu:1.2～2.5％，Mn:0.2～0.6％，Zr:0.25～1.0％；

雜質元素質量含量：Si≤0.12％，Fe≤0.15％；余量為Al，其特征在于，還包括Sc，Sc的質量含量為0.25～0.6％。

本發明還提供了一種鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將精Al料、Zn錠、Mg錠及中間合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn一起，在950℃～1050℃下進行熔化形成液體合金；

2)液體合金溫度穩定在980℃左右時，進行噴射沉積制坯形成錠坯；

3)錠坯經均勻化處理后在360℃～420℃進行擠壓和熱處理形成最終鋁合金材料。

本發明的優點及效果，本發明采取了噴射沉積的快速凝固技術，提高了Zn元素的含量，使得主要增強相MgZn₂的含量大大提高；Zr和Sc元素能夠與Al結合，形成Al₃Zr和Al₃Sc，一方面細化合金晶粒，另一方面提高合金強度。通過上述措施，該材料擠壓棒材經熱處理后可以獲得900MPa以上的屈服強度，這一強度水平已經大大超過普通鋁合金(400MPa～500MPa級)。

具體實施方式：

按合金純度要求(即Fe≤0.15；Si≤0.12；Cr≤0.04；Ti≤0.05；雜質總量≤0.15)選用合格的原材料，以保證最終坯料錠中的雜質含量不超標。按照如下成分進行配料(Wt.％)：Zn:9.5～12.0％，Mg:1.5～3.8％，Cu:1.2～2.5％，Mn:0.2～0.6％，Zr:0.25～1.0％；Sc的質量含量為0.25～0.6％，余量為Al。

采取如下步驟進行材料制備：

1)將精Al料、Zn錠、Mg錠及中間合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn一起，在950℃～1050℃下進行熔化形成液體合金；

2)液體合金溫度穩定在980℃左右時，進行噴射沉積制坯形成錠坯；

3)錠坯經均勻化處理后在360℃～420℃進行擠壓和熱處理形成最終鋁合金材料。

實施例一：