[發(fā)明專利]一種超高強Al-Zn-Mg-Cu合金耐蝕成分的優(yōu)化方法

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• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104634727A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 陳子勇;冉凡青;聶祚仁;柴麗華;崔永雙;周峰;李賀
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N1/28;G01N1/44;C22C1/03;C22C21/10;C22F1/053
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發(fā)明屬于金屬合金技術領域，具體涉及一種超高強Al-Zn-Mg-Cu合金耐蝕成分的優(yōu)化方法。

背景技術

超高強Al-Zn-Mg-Cu合金具有比強度和硬度高、延展性和熱加工性能好、焊接性能和韌性優(yōu)良等優(yōu)點，被廣泛應用于各種飛機的結構件和其他要求強度高的高應力焊接結構件，是目前許多軍用和民用飛機、交通運輸工具中不可缺少的重要結構材料。然而，該合金對局部腐蝕很敏感，容易發(fā)生晶間腐蝕、剝落腐蝕和應力腐蝕開裂，極大地限制了其應用。

近年來隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對合金綜合性能的需求日益迫切，解決其耐蝕性的問題也日益重要。前期已有若干專利針對超高強鋁合金的強韌性與熱處理工藝等進行了研究探討，但目前常用的工藝流程一般是將固定成分的合金進行熔煉、鑄造、均勻化、變形、固溶、時效等一系列流程，最后的再進行性能方面的測試，為獲得所需性能的合金需要的研發(fā)周期較長。本發(fā)明首先設計出矩陣形式的在一定范圍內(nèi)變化的若干組成分組合，之后根據(jù)材料組織對性能的遺傳效應，省略材料的變形環(huán)節(jié)，將均勻化之后的試樣直接進行固溶時效處理，然后進行電化學性能測試，通過此模擬實驗進行分析并獲得優(yōu)化的耐蝕Al-Zn-Mg-Cu合金成分，可用于指導后續(xù)合金材料的生產(chǎn)制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)今超高強鋁合金設計周期長的不足，通過模擬實驗的分析優(yōu)化出耐蝕性能優(yōu)良的Al-Zn-Mg-Cu合金成分，為后續(xù)合金工業(yè)生產(chǎn)提供指導。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案。

一種超高強Al-Zn-Mg-Cu合金耐蝕成分的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)設計矩陣形式，在第一列以其中一種成分為變量自上而下逐漸變大，其他組分最為定量；在第二列中另一種成分為變量，除了此列中的變量成分，其他成分為定量，依次類推直到所有成分作為一次變量，矩陣中的每個合金組分作為實驗成分。合金成分可在小范圍變動的若干組成份組合。變量的遞增范圍或遞增的數(shù)量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。

(2)以高純Al、高純Mg、工業(yè)純Zn和Al-5.03Cu、Al-4.50Zr中間合金為原料，按步驟(1)設計的所有合金組份分別添加原料，在720-780℃溫度下熔制成合金熔液，澆鑄溫度為700-720℃，鑄造成不同成分的合金錠；

(3)針對步驟(2)的所有合金成份的合金錠，分別對其進行均勻化退火，采用雙級均勻化退火工藝，第一級為400℃保溫4小時，第二級為460-475℃保溫30小時，每一種合金成份的第二級處理分別經(jīng)過多個溫度保溫；選取每一種成份經(jīng)過上述均勻化退火后效果最好的一組進行后續(xù)實驗；

(4)針對步驟(3)選出的均勻化退火后的鑄錠，直接進行固溶處理，工藝是在465-475℃保溫3小時，之后立即室溫水淬，淬火轉移時間不超過20秒，每一種成份的鑄錠分別經(jīng)過不同溫度的固溶處理，每一種成份的鑄錠選取最優(yōu)固溶處理效果的進行后續(xù)實驗；

(5)將步驟(4)選取的得到的固溶處理的鑄錠進行雙級過時效處理，其工藝是第一級時效在110℃保溫2小時；第二級時效在160℃保溫10小時；

(6)將時效處理的合金進行電化學性能測試，評測合金耐電化學腐蝕性能，進而在所有成分的合金中優(yōu)選出耐蝕性能較好的即為優(yōu)化的合金成分。

按矩陣形式設計合金成分，使合金成分可在一定范圍內(nèi)進行微調(diào)。在合金處理過程中，固溶淬火處理之后直接進行雙級過時效處理，而未經(jīng)過變形處理，從而縮短合金設計流程。對于不同成分的合金，分別采取最優(yōu)的均勻化與固溶時效工藝，使合金組織達到最優(yōu)。進行電化學測試，根據(jù)獲得的Tafel曲線定量計算出合金的評價腐蝕電流密度，用此值來表征合金的耐蝕性能，即最終獲得耐電化學腐蝕性能較好的合金成分。

本發(fā)明的方法通過設計模擬實驗省略了合金的變形環(huán)節(jié)，節(jié)省了優(yōu)選合金的成本與時間，結果較準，獲得的結果可為后續(xù)合金生產(chǎn)提供指導。

附圖說明

圖1是矩陣形式的9組合金成分設計圖。

圖2是實例1合金鑄錠分別進行400℃/4h+475℃/30h，400℃/4h+471℃/30h，400℃/4h+467℃/30h，400℃/4h+463℃/30h四種均勻化處理后的顯微組織。

圖3是實例1合金的通過電化學測試可得到試樣Tafel曲線。

圖4是合金的腐蝕電流密度。

具體實施方式