[发明专利]包覆超塑性合金

说明书

技术领域

本发明涉及超塑性合金，尤其涉及主要由铝制成的超塑性合金。更具体地，本发明涉及超塑性合金的包覆以改变和改善它们的表面特性。

背景技术

超塑性合金是在升高的温度下在拉伸变形期间可良好变形超过它们通常小于100％的断裂点、可拉伸至少200％并且经常超过1000％的结晶金属。有时，指的是具有“增强塑性”的金属。这样的金属通常具有在“超塑”金属范围内低端的变形性质，但是仍能够比类似的常规金属具有更大延展性。应该理解当前论述包括具有超塑性和增强塑性的金属。为了方便，以下将仅仅使用术语“超塑性”来指代两种金属。

在张力之下拉伸时超塑性金属以非常均匀的方式伸长和变薄而不是形成导致断裂的“颈”(即局部变窄)。材料最终通过小的内部空隙的缓慢融合直至形成连续的裂缝而损坏，而不是形成颈部。这样的金属通常具有细晶粒的晶体结构(例如，小于10微米)，其具有在高温下用于限定(pin)晶界并且保持细晶粒结构的热稳定颗粒的细分散。细晶粒尺寸是允许称为“晶界滑移”的特性变形模式发生所必需的。表现出该性质的铝合金通常具有高含量的合金元素例如镁、铜或者锌。典型例子是诸如由SuperformUSA of Riverside，California制造的合金(通常为Al，6wt.％的Cu，0.4wt.％的Zr)、AA7075合金和AA5083合金的合金。AA5000系列的含Mg合金是用于制造机动车构件最常用的合金。AA7000系列的超塑性合金(包含较少的Mg例如低至1.9wt％-但是Zn含量高)目前更常用于航空航天应用。

超塑性合金可用于通过利用气体或者用成形工具应用压力来形成复杂形状的物体，并且经常借助于冲模(例如，利用快速塑性成形(QPF)工艺)。经常超塑性地形成铝和钛部件用于航空航天应用和日益增加的机动车应用。

超塑性状态在高温下实现，通常高于所涉及合金的绝对熔点的一半，在铝-基合金中通常为约500℃(通常高于400℃)。令人遗憾地，商业的相关含Mg合金(尤其是)由于它们高的Mg含量，所以在这样的加工期间和也在使用期间变得容易受到氧化和/或表面劣化。这些合金在高温成形操作之后也可变得难以连接在一起以构造成用于机动车等的部件。

因此，需要改变或者改善超塑性合金以避免这样的问题。

1983年10月25日授予Robert M.Johnson的美国专利4,411,962公开了金属层压制品的形成，所述金属层压制品包括一个或更多个超塑性材料层，所述超塑性材料层冶金地接合至非超塑性材料的一个或更多个层，以在保留超塑性质的同时实现高强度。通过扩散接合(加热到低于金属的熔点的温度)或轧制接合(将板轧制在一起以降低它们的厚度并且促进接合)进行层的接合。

1965年9月21日授予Grover C.Robinson的美国专利3,206,808涉及铝和铝合金的锭的连续或半连续的铸造。然而，其没有涉及超塑性合金的处理。

发明内容

本发明的一个示例性实施方案提供制造包覆板制品的方法。所述方法包括：优选通过共铸造在由具有超塑性质的合金制成的锭芯的至少一个面上提供包覆物以形成包覆锭，并且轧制包覆锭以制造具有芯层和至少一个包覆层的板制品。用于芯锭的合金包括在超塑性成形制品所需的温度下从芯层内部扩散至其表面并且存在于制品的外表面时会导致表面劣化的元素。选择包覆层，以包括与芯的元素相互作用以降低芯的元素扩散穿过包覆层的元素。

本发明另外的示例性实施方案提供具有超塑性质的包覆板制品，包括：具有超塑性质的金属的芯层和优选通过共铸造在所述芯层的至少一个面上提供的金属包覆层，其中芯层包括在超塑性成形温度下从芯层内部扩散至表面由此劣化制品的表面性质的元素。包覆层包括与芯的元素反应以降低元素扩散穿过包覆层的能力的元素。

根据本发明的还另一个示例性实施方案，提供制造包覆锭的方法，所述方法包括：通过共铸造在由具有超塑性质的合金制成的芯锭的至少一个面上提供包覆以形成包覆锭；其中所述芯锭的合金包括在通过轧制由包覆锭制造的制品的超塑性成形所需要的温度下从芯层内部扩散至其表面并且当存在于制品的外表面时导致表面劣化的元素，和选择包覆层以包括与芯的元素相互作用以降低芯的元素扩散穿过包覆的元素。

根据本发明的还另一个示例性实施方案，提供具有超塑性质的包覆板锭，包括：具有超塑性质的金属的芯、和在所述芯的至少一个面上的金属包覆，其中所述芯包括在超塑性成形温度下从芯内部扩散至表面由此劣化通过轧制由包覆锭制造的板制品的表面性质的元素，并且包覆包括与芯的元素反应以降低元素扩散穿过包覆的能力的元素。