[發明專利]一種高強耐蝕Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce合金板材的制備方法

在審

• 申請號: 202010935579.6
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112226636A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 余鑫祥;戴菡;趙志國;史丹丹;史先利;董曉燕;劉文文;李彩瓊;趙俊鳳;朱鵬程
• 申請（專利權）人: 煙臺南山學院
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/10;C22F1/053;C21D9/00;B21B3/00
• 代理公司: 煙臺智宇知識產權事務所(特殊普通合伙) 37230
• 代理人: 李增發

本發明涉及一種高強耐蝕Al?Zn?Mg?Cu?Zr?Ce合金的制備方法，利用微量Ce添加對Al?Zn?Mg?Cu?Zr合金微觀組織的有效調控功效，在保證合金強度的同時，盡可能提高合金的抗腐蝕性能。此外，輔以回歸再時效的熱處理工藝解決了微量Ce添加導致合金晶界析出相含Cu量相對較低，對合金耐腐蝕性能造成一定負面影響的問題。本發明專利用的手段，無特殊條件要求、工藝條件成熟，因此特別適合商業化大規模生產。

技術領域

本發明屬于有色金屬合金領域，具體為一種高強韌耐蝕Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce合金板材的制備方法。

背景技術

Al-Zn-Mg-Cu合金具有優異的比強度，在航空航天領域得到了廣泛的應用。隨著工程領域對該系合金強度提升的要求日益迫切，此類合金的發展趨向于高合金化并以此促進合金中析出相的體積分數和數密度的大幅提升。但隨著主合金元素Zn、Mg含量的增加，合金的耐蝕性大大降低，如T6態峰值時效狀態下容易獲得較高強度，但腐蝕性能大大減弱。即使在T7x過時效退火狀態下合金的耐蝕性能能夠較大幅度提升，合金卻會犧牲10-15%的強度值。

目前，人們對如何提高Al-Zn-Mg-Cu合金的高強度和良好的耐蝕性進行了廣泛的研究。主要是通過擾亂晶界析出相的連續性，增大晶界析出相的間距，同時保持合金晶內析出相的細小彌散分布的微觀組織特征來實現合金強度和耐腐蝕性能的綜合提高。因此研究者們開發了回歸再時效（RRA）、非等溫時效（NIA）和高溫預沉淀熱處理（HTPP）等熱處理工藝實現合金微觀組織的有效調控。同時，有研究表明抑制再結晶也有利于提高Al-Zn-Mg-Cu合金的耐蝕性和強度，這由于合金的亞晶界沒有形成明顯的無沉淀析出區（PFZ）。此外，較高的晶界相含Cu量也有利于提高Al-Zn-Mg-Cu合金的耐蝕性。合金元素Cu能使晶界相的電負性降低，從而影響其陽極極化行為。然而，關于通過微量Ce和熱處理的協同作用來綜合提升高合金化Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金強度和耐蝕性的研究技術目前較少。

在腐蝕性環境中，鋁合金中加入Ce能促進合金表面Al₂O₃膜向含Ce氧化膜轉化以此大幅提升合金的耐腐蝕性能，其對合金的緩蝕效果明顯優于La₂O₃、Nd₂O₃、Pr₂O₃、Y₂O₃等稀土氧化物。并且有研究表明Ce的加入不僅能使Al-Zn-Mg-Cu中基體析出相由球狀變為針狀，導致其抗拉強度提高幅度達10%，同時Al-Cu-Li-Zr合金的再結晶抗力因Ce的加入也得到了大幅提升。值得注意的是，由于Ce易與合金中的其它元素相互作用形成金屬間化合物，從而改變晶界析出物的化學成分，進而影響合金的性能。因此，在高合金化Al-Zn-Mg-Cu合金中加入微量Ce并輔以適當的熱處理工藝，有望可以同時提高合金的耐腐蝕性能和強度。

發明內容

為了解決上述技術問題或技術問題之一，本發明通過Ce的加入和熱處理的協同作用，提高了高合金化Al-Zn-Mg-Cu的耐蝕性（剝落腐蝕和晶間腐蝕）和力學性能（強度和硬度），實現高強耐蝕Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce合金的制備。Ce微合金化的方法對結構材料性能提升效果作用顯著，設備要求簡單、操作容易、可控性好，具有很好的重現性，而且相對于傳統的方法成本大大降低，能與傳統的熱處理工藝相結合，有利于工業化生產。同時，Ce對合金微觀組織的綜合調控如晶界析出相的斷續和粗化以及含Cu量的提升、亞晶界比例的提高，合金表面含Ce氧化膜的構建得以同步實現，由此可見利用該方法具有明顯的優勢，因此開發簡單、高效且與高強耐蝕Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce合金，作為航空航天領域潛在的高性能結構材料具有現實的應用價值。

本發明采用以下技術方案：

一種高強耐蝕Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce合金板材的制備方法，按照以下步驟進行：