[发明专利]一种耐腐蚀性能优异的高锌、低铜铝合金及其制备方法

说明书

一种耐腐蚀性能优异的高锌、低铜铝合金及其制备方法，属于铝合金材料技术领域，所述金属材料中各元素的含量按照质量分数为Zn=10‑11wt.%,Mg=1.8‑2.0wt.%，Cu=0.97‑1.0wt.%，Cr=0.08‑0.1wt.%,Y=1.4‑2.0wt.%,Al=余量。此合金晶界相的腐蚀得到了极大地抑制，表现出耐腐蚀性能获得大幅度地提高，接近了纯铝的水平。在30um晶粒尺寸下，本发明合金能达到约195N/mm²的硬度，相当于抗拉强度约630MPa。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀铝合金成分及其处理方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中具有重要的应用。其中，7系列Al-Zn-Mg(Cu)铝合金的特点是密度小、强度和硬度高，尤其适合于航空航天工业。但是，这种高强度铝合金经常发生低应力脆断。在应力和环境介质的共同作用下,这种破坏应力远远低于材料本身的破坏应力(即拉伸强度)。因此在飞机结构用材中,耐腐蚀铝合金一直是重要的研究发展方向。 Zn元素可用来提高7系列铝合金的强度。 20世纪90年代，含Zn8%以上的新一代超高强的高锌铝合金被开发，用于制造一些强度高、承受高应力的结构件，主要被应用于航空航天领域。但是，高Zn铝合金也存在塑性韧性差、耐腐蚀性差等缺点。在保持高Zn含量、高强度的同时，首先需要解决的是合金的耐腐蚀性问题。

在高Zn合金中加入Mg元素后，Mg与Zn能形成MgZn₂相，对合金产生明显的强化作用。但并非刚好在Zn:Mg比例为2时耐腐蚀性能最好。据文献报道，Zn：Mg比例一般控制在2.7左右时，抗应力腐蚀开裂能力最大。若超过这一比例，则应力腐蚀抗力会下降。因此在高Zn:Mg比(3)的情况下，需要采取有效手段抑制合金耐腐蚀性能下降的问题。

Cu添加也可以提高铝合金的强度，据报道在所有元素中Cu在铝里的强化效果为最大。铜在铝合金中表现为提高机械性能和切削性能，强度的提高主要是通过固溶强化和时效强化来实现。但是，铜添加铝合金的耐腐蚀性能也有所降低，容易发生热裂纹。因此，铝合金中铜含量通常在2.5%-5%范围内。

据文献报道，铬在铝中能阻碍再结晶晶粒的形核和长大，对合金有一定的强化作用，也能一定程度地提高合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。

文献报道稀土元素使铝合金熔铸时成分过冷度增加，细化晶粒，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂物趋于球化。并认为稀土的加入量不宜过多，各种稀土加入量约为0.1at.%比较好。如文献：李桂荣，王宏明，赵玉涛，陈刚，陈登斌，韩剑，戴起勋，稀土钇对7055铝合金熔炼和凝固过程的作用机制，稀有金属材料与工程，Vol.39 (2010) P.80，中就提到加入0.25 wt.%Y能使晶粒的尺寸由60-70 um下降至40-50 um。但文献：王庆良，王大庆，稀土钇对AlZnMgCu合金组织及性能的影响，中国矿业大学学报，Vol.28 (1999) 382，则指出：稀土钇加入不利于合金的时效强度及硬度，但当钇含量0.3%时钇的细化组织效果明显,抑制了粗大共晶组织形成，减少了裂纹源。当钇含量较多时，细化作用不再增加，而且形成了大量含稀土化合物，造成晶粒之间衔接不连续, 增加了裂纹扩展的可能性。从文献的报道可以发现，目前报道的稀土对铝合金的作用存在矛盾之处，且很多文献给出的数据的可信度不足。主要表现在，稀土到底有没有细化晶粒的效果，细化晶粒的加入量是多少，其作用机理到底是什么，稀土到底是有利于合金强度还是不利于合金强度，这些问题目前在文献中仍找不到确切的答案。原因可能在于近年来铝合金的工程应用已经很成熟，对其研究的深入和重视程度已远远不够，而早期国内对铝合金的研究限于实验手段的落后致使诸多相互矛盾的结论仍然存在。

当前，提高铝合金耐腐蚀能力的途径主要有两个，一个是在热处理时采用回复-再时效(retrogression and re-aging: RRA)的三级时效工艺，另一个是有效地调节合金的化学成分。