[发明专利]一种含稀土元素Er的喷射成形7xxx系铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能铝合金材料的制造技术领域，具体涉及一种含稀土元素铒的喷射成形7xxx系铝合金及其制备方法。

背景技术

7xxx系铝合金是以航空航天用材为背景研制并发展起来的一类高强高韧铝合金材料，具有很高的抗拉强度，又能保持较高的韧性和耐腐蚀性，在航空航天、交通运输及其他工业部门一直都发挥着重要的作用。提高7xxx系铝合金中锌元素含量，可有效的提高材料的综合性能，但对于大尺寸7xxx系铝合锭坯若采用铸造生产则易出现严重的成分偏析和热裂，故可采用先进的喷射成形技术。

喷射成形技术是继传统熔铸法与粉末冶金法之后一种新的材料制备技术，它用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。通过合理地设计接收体的形状和控制其运动方式，便可以从液态金属直接制备出具有快速凝固组织特征，晶粒细小、成分均匀、合金元素过饱和度高、整体致密的不同形状的沉积坯。

目前已经开发出了多种喷射成形7xxx系铝合金，但仍然不能满足复杂条件高性能铝合金的使用需要，仍需进一步改善其性能，发展更高性能的7xxx系喷射成形铝合金很有现实意义。

发明内容

本发明的目的是为进一步提高7xxx系喷射成形铝合金的使用性能，寻找一种价格相对便宜的稀土元素，以合适的量加入到合金中，改善合金的组织结构，从而在考虑经济性的同时使性能得到更好的提高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种含稀土元素Er的喷射成形7xxx系铝合金，按质量百分比包括以下组份：Er 0.3%～0.8%，Zn 3.0%～12.0%，Mg 1.0%～4.0%，Cu 1.5%～3.5%，Al余量。

所述7xxx系铝合金控制杂质Si小于0.1%，Fe小于0.1%，其它杂质小于0.3%，单个杂质小于0.05%。

一种含稀土元素Er的喷射成形7xxx系铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纯铝完全熔化并保温700～800℃，并加入干燥的卤化物覆盖，再加入Er、Cu、Zn、Mg，得铝合金液；

（2）将上述铝合金液经除气后，制得铝合金预制锭；

（3）将上述铝合金预制锭熔化后，经过中间包、导流管，通过气体雾化喷嘴喷射出雾化气体对经导流管流出的铝合金液进行喷射成形，沉积到接收盘上，雾化气体选择为氮气，压力0.5～1.0 MPa，合金熔体温度750 ℃～900 ℃，中间包、导流管的温度750 ℃～900 ℃，接收盘采用机构控制系统保证与气体雾化喷嘴的距离为400～600 mm；通过热挤压变形提高喷射铝合金致密度，再进行常规的均匀化处理和固溶时效处理。

所述元素Er、Cu、Zn、Mg以铝-铒、铝-铜、锌锭和镁锭的形式加入。

所述固溶时效处理的固溶温度为460～470℃，固溶时间为0.5～1小时，时效温度为120～150℃，时效时间为16～24小时。

采用喷射成形工艺大幅度提高了Zn在铝基体中的溶解可增加强度，同时可以明显细化合金晶粒，有利于合金综合性能的提高。稀土铒在合金中的溶解度也有所提高，但仍然很小，因此固溶强化作用极微。稀土元素Er在铝合金中合金化作用与Sc相似，且价格相对低廉，是一种重要的微合金元素。稀土Er易与Al等元素形成金属间化合物，这种化合物对晶粒长大有阻碍作用，可以有效减小铝合金的枝晶间距，细化晶粒组织，还可以与各种杂质元素形成化合物，消除有害杂质的影响，其形成的金属间化合物Al₃Er作为第二相能增加铝合金的强韧性，提高合金的机械性能和热稳定性等。其中少量的Er将与铝合金中的杂质以化合物的形式从铝中析出净化熔体，过剩的Er主要与铝形成Al₃Er相，提高合金的强度和热稳定性，因而Er是非常适合的稀土添加元素。

在制备铝合金预制锭的铸造阶段采用熔体净化手段，在合金熔体中添加稀土元素铒，可以净化熔体，减少了针孔率，优化合金整个制备工艺过程，最大限度使各合金元素从固溶体中析出，确保第二相弥散细小的分布在完整的铝基体中，从而实现组织的优化、强度的提高。