[發明專利]一種高強耐蝕Al-Mg-Sc-Zr合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201911341003.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110952003B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 魏海根;夏福中
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: C22C21/06
• 分類號: C22C21/06;C22F1/047;B23P15/00
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 韓立峰

本發明公開了一種高強耐蝕Al?Mg?Sc?Zr合金，包括如下重量百分比的成分：Mg 3.5?4％、Sc 0.05?0.2％、Zr 0.05?0.2％，余量為Al；本發明還公開了該合金的制備方法，包括鑄造、初級高溫退火、熱鍛、精加工、次級去應力退火5個步驟。本發明采用耐腐蝕性能好的Al?Mg合金，在合金中添加不會降低合金耐蝕性能的Zr、Sc元素，既可以起到一定的析出強化的作用，且不會形成電極電位比基體更低的析出相，此外，Al₃Zr和Al₃Sc都具有抑制合金回復再結晶的作用；本發明通過合金成分設計保證了合金的耐蝕性能和熱加工性能，通過雙級退火和熱鍛工藝的耦合設計確保合金具有所需的強度和塑性，得到的合金成分簡單，制備工藝可操作性強，具有廣闊的市場前景。

技術領域

本發明屬于有色金屬材料制備領域，具體地，涉及一種高強耐蝕Al-Mg-Sc-Zr合金及其制備方法。

背景技術

近年來，在空調、冷庫制冷設備制造領域中提出了一種新的需求，將部分銅閥門用鋁閥門代替，以降低成本，同時提高閥門的耐蝕性。要實現這種替代，采用的鋁合金需要滿足兩個要求：(1)鋁合金的抗拉強度在400MPa以上，延伸率在20％以上，以與原本采用的銅合金性能相當；(2)鋁合金具有良好的熱加工性能和耐腐蝕性能，以有利于閥門的制造和使用。常用的鋁合金中，強度能達到400MPa的一般都是時效強化型鋁合金，有2系、6系、7系鋁合金，但這些鋁合金由于都含有大量時效析出相，尤其是存在無沉淀析出帶組織，導致合金耐蝕性能不能滿足閥門制造的要求。也有人采用純鋁來制造閥門，如專利號為CN201710953617.9的專利提出采用純鋁通過壓鑄來制造閥門，但純鋁的強度不能滿足用于強度高于400MPa的場合，其次如果鋁合金不經受熱變形而僅僅是以鑄件的形式應用，則其延伸率往往無法達到20％。專利號為CN200710008859.7的專利提出采用冷擠壓純鋁棒并通過陽極覆膜來制備鋁合金閥門。冷擠壓純鋁棒強度尚可，能達到300Mpa，但其塑性差，而且該專利方法采用陽極覆膜工藝來提高鋁的耐蝕性，該工藝過程會產生對環境有害的物質。

發明內容

針對背景技術中提出的問題，本發明提供了一種高強耐蝕Al-Mg-Sc-Zr合金及其制備方法，采用耐腐蝕性能好的Al-Mg合金，能夠滿足閥門制造的要求，尤其是當合金中Mg含量不超過5％時，合金的抗應力腐蝕性能優良。在此基礎上，為了進一步提高合金強度，且避開時效強化會導致合金耐蝕性能降低的缺點，本發明提出在合金中添加不會降低合金耐蝕性能的Zr、Sc元素，這兩種元素既可以起到一定的析出強化的作用，且不會形成電極電位比基體更低的析出相，因此不降低合金耐蝕性。此外，Al₃Zr和Al₃Sc都具有抑制合金回復再結晶的作用，這可以進一步提高合金強度。所以本發明利用Al₃Zr和Al₃Sc的這兩種特性，通過將成分設計和雙級退火工藝設計相耦合，使得合金成品微觀組織為熱鍛后去應力退火回復組織+大量彌散強化相，確保合金力學性能和耐蝕性能都達到所需要求。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種高強耐蝕Al-Mg-Sc-Zr合金，對其進行成分設計，利用當Mg含量低于5％時Al-Mg合金耐蝕性能優良的特性，首先確定合金主元素為3.5-4％的Mg，并且合金中不添加Mn、Cr等會降低合金塑性的元素，而是利用Zr、Sc這兩種元素進行微合金化，來進一步提高合金強度，兩種微量元素的含量都為0.05-0.2％。

一種高強耐蝕Al-Mg-Sc-Zr合金的制備方法，包括鑄造、初級高溫退火、熱鍛、精加工、次級去應力退火5個步驟，具體步驟如下：

第一步、鑄造：按照上述成分設計配料并熔化后，通過水平連鑄制備出直徑為20-30mm圓桿狀鑄錠，鑄錠直徑較小可以確保鑄造過程中鑄錠獲得較大的冷卻速度，從而得到Sc、Zr元素的過飽和固溶體，為后續工序做合金微觀組織準備；

較優的，在鑄造拉坯過程中，當鑄錠溫度低于580℃后要確保進入高壓二次冷卻水強冷，來防止兩種微量元素在鑄造冷卻過程中發生析出；