[發明專利]來自高強度耐腐蝕鋁合金的帶材和粉末

在審

• 申請號: 201780051464.7
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN109844150A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: N·Q·沃;J·R·克羅圖;D·巴顏山;A·薩納蒂亞扎德;E·拉莫斯
• 申請（專利權）人: 納諾爾有限責任公司
• 主分類號: C22C21/06
• 分類號: C22C21/06;C22F1/04;C22F1/047
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 譚冀

鋁合金，其通過快速凝固工藝制造，具有高強度、高延展性、高耐腐蝕性、高耐蠕變性、和良好的可焊性。

本申請要求2016年7月5日提交的美國序列號62/358,400和2017年3月28日提交的美國序列號62/477,838的申請日的權益。本發明是在由DOD/美國陸軍通過PTENortheastern University授予的PTE聯邦決定號W911NF-15-2-0026，子決定號504062-78050的政府支持下完成的。政府在本發明中擁有一些權利。

領域

這一申請涉及具有高強度和延展性、優異耐腐蝕性和可焊接的一系列鋁合金。所公開的合金尤其有益于改進航空航天、汽車和最近研發的增材制造或所謂的“3D打印”部件的性能并且有益于形成對鎂或鋁部件的保護性涂層。

背景

鋁合金在航空航天、汽車、海洋、線纜、電子、核能、和消費品工業中的輕質結構中具有廣泛的應用。通常，通過傳統的鑄造工藝制備鋁合金，在該傳統的鑄造工藝中將鋁合金熔化然后傾倒至模具中。鑄造件可為接近成品形狀(near net-shape)或為板坯或方坯形式，隨后將其軋制以形成片材和板材產品或將其擠壓以制備型材。因此最終產品的性質取決于鋁合金的化學組成、鑄造凝固速率和隨后的熱-機械加工。在傳統的鑄造工藝過程中鋁合金的凝固速率相對低(<50℃/s)。因此，僅可通過傳統的鑄造工藝獲得鋁合金中的某些鑄造顯微組織。

在過去的幾十年中研發的快速凝固工藝(RSP)可實現細化的晶粒尺寸和擴大的合金化元素固溶度，并形成非平衡亞穩定相。與通過傳統的鑄造方法制造的合金相比，這些增強了合金的性質。RSP需要凝固速率高于1000℃/s。在熔融的鋁和淬火介質之間的接觸時間被限制為千分之幾秒。淬火介質例如銅、水、或液氮在短時間內使熔融鋁的溫度顯著地降低至小于其固相線溫度，因此通過非常快的冷卻速率實現了快速凝固。參見美國專利號4,347,076。

已經研發了許多不同的RSP，包括氣體霧化、噴霧沉積、熔體紡絲、熔體提取和波束上釉(beam glazing)。所制造的產品可為帶材、纖維、薄片、層片、顆粒和粉末的形式。通常加工(冷等靜壓壓縮、熱壓和擠壓)這些小的單獨的碎片以制造最終產品。由RSP制造的鋁合金的應用是在賽車、汽車、航空航天、運動、醫療部件、電子、和光學工業中。

已經做出在現有技術中最近的努力來通過RSP制備鋁-鎂-鈧合金。這些合金通常含有高濃度的鎂(3至5重量％)和鈧(0.7-1.4重量％)。通過Al₃Sc Ll₂-結構的納米析出物和含有鎂的鋁基體固溶體的組合來強化合金。在凝固和隨后的在從250至350℃溫度范圍內時效過程中形成Al₃Sc納米析出物。納米析出物還有助于良好的可焊性。參見美國專利號5,624,632。

然而，通過RSP制備的Al-Mg-Sc合金存在幾個缺陷。鈧是非常昂貴的(是銀的十倍貴)。因此，Al-Mg-Sc合金的成本非常高，其嚴重地限制該合金的商業應用。這種合金還具有有限的熱加工窗口(<375℃)。超過這一溫度，永久地失去Al₃Sc納米析出物的有益強化，因為Al₃Sc納米析出物迅速地粗化并變得不起作用。這將擠壓溫度限制為小于375℃，其是獲得完全致密的擠壓部件所不期望的。

因此，期望改進由RSP制備的Al-Mg-Sc合金的缺陷，同時維持其他性質的相同組合。這些包括在室溫和升高的溫度下的高強度、高耐蠕變性、良好的可焊性和高耐腐蝕性。

概述