[發明專利]一種Al?Yb?Zr耐蝕強化的鋁合金及其熱處理工藝

有效

• 申請號: 201510051899.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104651672B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 高坤元;任鵬偉;聶祚仁;文勝平;黃暉;吳曉藍;張玉;林占強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22F1/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種經過微合金化的耐蝕強化的鋁合金材料及其熱處理工藝，屬于金屬合金技術領域。

背景技術

鋁合金因其具有優良的機械性能和物理特性成為被廣泛應用的金屬材料，進一步提高鋁合金的綜合性能以滿足更多的需求成為重要目標。其中，耐蝕強化的鋁合金就是其中一個發展方向。通過適當的熱處理工藝可以使鋁合金基體中產生析出相，通過析出強化提高鋁合金的強度。但是，從電化學的角度考慮，析出相的產生導致合金表面的電化學不均勻性加劇，使得合金的耐蝕性變差。鋁合金的強度和耐蝕性之間存在的矛盾之處在于，鋁合金通過熱處理產生析出相提高強度的同時對合金耐蝕性產生不利影響。因此要想得到耐蝕強化的鋁合金材料，則必須要找到一種新的合金成分及其制備方法，在保證其強度的同時提高合金的耐蝕性能。

近年來，國內外大量學者就稀土元素對鋁合金性能的影響做了大量的研究，其中，以對Sc的研究最為深入，含Sc鋁合金有非常優異的性能。但是，價格昂貴的Sc限制了其在工業領域的廣泛應用。因此，用低成本的稀土元素替代Sc來發掘鋁合金性能就成為不斷追求的目標。在鋁合金中復合添加Yb和Zr，均能形成與Al₃Sc作用相同的具有L1₂結構的Al₃Yb和Al₃Zr相,從而提高鋁合金的力學性能。中國專利CN103255319A公開發明了一種Al-Yb-Zr合金，表明Yb和Zr復合微合金化有非常顯著的時效強化效果，但該專利在成分上未涉及低Yb含量的Al-Yb-Zr合金，工藝上未涉及Al-Yb-Zr合金的最佳等溫時效工藝，性能上未涉及Yb、Zr復合添加對合金耐蝕性能的影響。

發明內容

本發明的目的在于通過復合微合金化的方法，克服限于技術可析出強化鋁合金強度和耐蝕性(尤其電化學腐蝕)不能良好匹配的問題，尋找一種對鋁或者鋁合金基體起到強化作用，又不會使鋁合金的耐蝕性變差的鋁合金材料及其制備方法。

本發明所提供的Al-Yb-Zr合金，其特征在于，包括以下質量百分比含量的組分：Yb為0.001～0.068％(重量百分比)，Zr為0.1～0.3％(重量百分比)，余量為鋁。

以上所述的合金元素的最佳成分范圍為：Yb為0.058～0.068％(重量百分比)，Zr為0.14～0.26％(重量百分比)。

本發明上述耐蝕強化的鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在熔煉純鋁(>99.99％)的過程中加入Al-Yb和Al-Zr中間合金，熔煉溫度為780±10℃，到達熔煉溫度后充分保溫，然后用鐵模澆鑄；

(2)在640±10℃對鑄錠進行均勻化退火，然后進行變形量為90％的冷軋變形，之后在640±10℃固溶40～50小時，隨后水淬到室溫；

(3)在150～550℃之間進行等時時效(具體過程為每隔25℃保溫3h，例如150℃/3h取第一個樣，150℃/3h+175℃/3h取第二個樣，150℃/3h+175℃/3h 200℃/3h取第三個樣，依次類推直到550℃結束)；或者在350～400℃之間等溫時效(即在特定溫度下保溫不同時間，從1分鐘到744小時)，最佳等溫時效溫度為375～400℃。

本發明由于采用了上述成分配比的Yb和Zr復合微合金化，同時通過合適的熱處理工藝，添加少量的Yb就能促進Zr的析出，同時又能避免合金一次相對合金耐蝕性的不利影響。因此，本發明在純鋁中復合添加了低含量的Yb和Zr兩種元素，通過調整合金成分和熱處理工藝，實現其強度和耐電化學腐蝕性能的同步提高。這有別于可析出強化鋁合金強度提高耐蝕性變差的現象。

附圖說明

圖1：150～550℃之間每隔25℃等時3小時時效曲線；

圖2：350℃等溫時效曲線；

圖3：375℃等溫時效曲線；

圖4：400℃等溫時效曲線；

圖5：S3號試樣在375℃等溫時效1h、15h、96h、192h的動電位掃描循環極化曲線；

圖6：S4號試樣在375℃等溫時效1h、15h、96h、192h的動電位掃描循環極化曲線；

圖7：S5號試樣在375℃等溫時效1h、15h、96h、192h的動電位掃描循環極化曲線；

圖8：S6號試樣在375℃等溫時效1h、15h、96h、192h的動電位掃描循環極化曲線；