[發(fā)明專利]一種Al-Zn-Mg-Fe系鋁合金材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110790582.8
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113502421B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周吉學(xué);劉洪濤;晁延吉;張素卿;王娜娜;程開明;吳建華;劉運(yùn)騰;王西濤
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院新材料研究所
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03;C22C1/06;C22F1/053
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明屬于鋁合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種Al?Zn?Mg?Fe系鋁合金材料及其制備方法與應(yīng)用。所述Al?Zn?Mg?Fe系鋁合金材料，包括基礎(chǔ)合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，F(xiàn)e：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al為余量；所述共晶元素為Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一種或多種；本發(fā)明提供的的Al?Zn?Mg?Fe系鋁合金材料，既保留現(xiàn)有Al?Zn?Mg系鋁合金性能優(yōu)勢，又大幅降低合金制造成本。該合金既可用于鑄造鋁合金，也可用于變形鋁合金，還具有非常優(yōu)異的耐高溫性能，打破了Al?Zn?Mg系合金不耐熱的傳統(tǒng)認(rèn)知。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種Al-Zn-Mg-Fe系鋁合金材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今世界的突出問題，減輕自身重量成為汽車、航空航天等領(lǐng)域減少環(huán)境污染和節(jié)約能源的有效方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)汽車質(zhì)量每降低1千克，則1L汽油就可使汽車多行駛0.011km。同時(shí)，汽車減重在降低油耗的同時(shí)，也減少了大氣中CO₂、氮化物、硫化物等的排放量。航空航天器中，結(jié)構(gòu)件重量的降低帶來燃油費(fèi)用的減少，則是汽車工業(yè)的100倍。

鋁是最常用的輕金屬，儲(chǔ)量豐富，占地殼重量的8.13％，在全球金屬行業(yè)中，鋁的應(yīng)用僅次于鋼鐵，排名第2。鋁合金具有比重小，比強(qiáng)度高，成形性能好，力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，并可回收再利用，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門。

目前Al-Zn-Mg系商用牌號鋁合金中，F(xiàn)e元素一直被認(rèn)為是一種有害元素，基本要求控制在0.1wt.％以下，即使是Al-Zn-Mg系鋁合金中要求寬泛的牌號，最大允Fe量也一般不超過0.4wt.％，這無疑對合金熔煉原料和鑄造工藝要求極高，增加了鋁合金材料的制造成本。

如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種高強(qiáng)度鋁合金，除鋁元素外，其他元素的質(zhì)量百分含量為Fe：0.1～0.14％，Mn：0.03～0.04％，Si：0.02～0.04％，Ti：0.01～0.06％，B：0.03～0.09％，Zn：2.2～2.9％，Mg：0.9～1.0％，Cu：1.1～1.3％，Ce：0.5～1.0％，Sc：0.1～0.4％，其余為Al，其中，F(xiàn)e含量控制在極低的水平。

而且，耐熱鋁合金在汽車、航空、航天、兵器、船舶等多個(gè)行業(yè)都具有廣泛的應(yīng)用，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、缸套、缸蓋、連桿，導(dǎo)彈殼體、尾翼，飛機(jī)蒙皮等。隨著航空航天和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋁合金的耐熱性能也提出了更高的要求，目前發(fā)動(dòng)機(jī)上的活塞、缸套、連桿等零部件，均要求長期服役在300℃以上高溫條件并承受著足夠的載荷及熱疲勞作用，現(xiàn)有的Al-Zn-Mg系鋁合金材料難以滿足耐高溫、抗蠕變等現(xiàn)實(shí)苛刻要求。

因此，開發(fā)出一款兼具低制造成本和超強(qiáng)耐熱效果的Al-Zn-Mg系鋁合金具有顯著價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有低制造成本，且能夠耐熱的Al-Zn-Mg-Fe系鋁合金材料，本發(fā)明摒棄了Al-Zn-Mg系鋁合金制備過程中需要減Fe、除Fe的傳統(tǒng)制備工藝，提出一種增Fe鑄造制備Al-Zn-Mg-Fe系高強(qiáng)鋁合金的方法。本發(fā)明提供的Al-Zn-Mg-Fe系鋁合金材料，既保留現(xiàn)有Al-Zn-Mg系鋁合金性能優(yōu)勢，又大幅降低合金制造成本。該合金既可用于鑄造鋁合金，也可用于變形鋁合金，還具有非常優(yōu)異的耐高溫性能，打破了Al-Zn-Mg系合金不耐熱的傳統(tǒng)認(rèn)知。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明第一方面提供一種Al-Zn-Mg-Fe系鋁合金材料，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，F(xiàn)e：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al為余量；

所述共晶元素為Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一種或多種；