[發明專利]一種超輕鋁鋰合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210086950.5
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114480922B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 廖榮躍;肖陽;劉志鵬;馬凱杰;解海濤;劉金學;劉振杰;祁登科
• 申請（專利權）人: 鄭州輕研合金科技有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/06;C22C1/03;C22F1/04;C22F1/047
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明屬于鋁鋰合金技術領域，具體涉及一種超輕鋁鋰合金及其制備方法和應用。本發明通過復合微合金化，并采用真空熔鑄及變形加工、熱處理等工藝，解決了高Li、Mg含量帶來的氧化燒損和分層偏析問題，獲得強塑性匹配良好的超輕鋁鋰合金。所述超輕鋁鋰合金，由以下質量百分比的組分組成：鋰：3.0~8.0%，鎂：3.0~9.0%，鈹：0.01~0.03%，銻：0.01~0.30%，錳：0.10~0.80%，鈦：0.02~0.20%，鈧：0.10~0.30%，鋯：0.05~0.30%，余量為鋁。本發明獲得的超輕鋁鋰合金具有優異綜合性能，能夠實現密度在2.18g/cm³，抗拉強度為340MPa，屈服強度為308MPa，斷后伸長率為10.4%的性能。該超輕鋁鋰合金強塑性良好，可作為一種先進的輕量化結構材料，替代飛行器上常規鋁合金的構件。

技術領域

本發明屬于鋁鋰合金加工技術領域，具體涉及一種超輕鋁鋰合金及其制備方法和應用。

背景技術

超輕鋁鋰合金作為一種輕質的金屬結構材料，合金中每添加1％的鋰，密度降低3％，如采用超輕鋁鋰合金代替常規鋁合金可使結構質量減輕15％～30％，彈性模量提高9％，剛度提高15％～20％，對實現航空航天裝備輕量化具有重大意義，應用前景廣闊。

超輕鋁鋰合金的主要研發思路為在合金中添加較高含量的Li(0.53g/cm³)和Mg(1.74g/cm³)，但熔煉過程中Li、Mg較輕，易氧化、易燃，并且Li含量一旦超過3％，采用傳統鑄造冶金法生產出來的合金會出現嚴重的分層偏析現象。

耿桂宏等人采用真空電磁模擬微重力熔煉技術雖然可有效解決氧化和偏析問題(參見文獻《耿桂宏,達道安,郝維新,張天平,羅巖.微重力電磁模擬制備高鋰含量鋁鋰合金[J].特種鑄造及有色合金,2003(02):11-13+3.》)，但所制備的合金僅含Al、Li兩種元素，塑性差，而且受成本和鑄錠尺寸限制，僅適用于實驗室研究，無法進行工業化生產。

而且當鋁鋰合金中Li、Mg含量較高時，在晶界上會析出大尺寸難溶脆性相，如Al₆Cu(LiMg)₃和β相(Mg₅Al₈或Mg₂Al₃)等，對材料性能有害，尤其是存在塑性差的問題。例如，公開號為CN?112853172?A的中國專利公開了一種超低密度鋁鋰合金及其制備方法，通過在合金中加入較高比例的Mg元素(9～12.5％)，以實現對合金性能的改善，但因晶界上存在較多的富Mg脆性相，塑性較差，斷后伸長率僅6％左右。

因此，急需開發一種新的超輕鋁鋰合金以及適宜工業化生產的制備工藝來解決合金成分分層偏析的問題，同時改善合金的塑性。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種超輕鋁鋰合金，通過復合微合金化，并采用真空熔鑄及變形加工、熱處理等工藝，解決了高Li、Mg含量帶來的氧化燒損和分層偏析問題，獲得強塑性匹配良好的超輕鋁鋰合金。

本發明還提供了上述超輕鋁鋰合金的制備方法。

基于上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種超輕鋁鋰合金，由以下質量百分比的組分組成：鋰：3.0～8.0％，鎂：3.0～9.0％，鈹：0.01～0.03％，銻：0.01～0.30％，錳：0.10～0.80％，鈦：0.02～0.20％，鈧：0.10～0.30％，鋯：0.05～0.30％，余量為鋁。

所述超輕鋁鋰合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照合金中各組分的質量百分比進行配料；將所配原料于720～860℃氬氣氣氛下熔煉，得到金屬液；