[发明专利]一种高强耐蚀Al-Mg-Sc-Zr合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强耐蚀Al‑Mg‑Sc‑Zr合金，包括如下重量百分比的成分：Mg 3.5‑4％、Sc 0.05‑0.2％、Zr 0.05‑0.2％，余量为Al；本发明还公开了该合金的制备方法，包括铸造、初级高温退火、热锻、精加工、次级去应力退火5个步骤。本发明采用耐腐蚀性能好的Al‑Mg合金，在合金中添加不会降低合金耐蚀性能的Zr、Sc元素，既可以起到一定的析出强化的作用，且不会形成电极电位比基体更低的析出相，此外，Al₃Zr和Al₃Sc都具有抑制合金回复再结晶的作用；本发明通过合金成分设计保证了合金的耐蚀性能和热加工性能，通过双级退火和热锻工艺的耦合设计确保合金具有所需的强度和塑性，得到的合金成分简单，制备工艺可操作性强，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于有色金属材料制备领域，具体地，涉及一种高强耐蚀Al-Mg-Sc-Zr合金及其制备方法。

背景技术

近年来，在空调、冷库制冷设备制造领域中提出了一种新的需求，将部分铜阀门用铝阀门代替，以降低成本，同时提高阀门的耐蚀性。要实现这种替代，采用的铝合金需要满足两个要求：(1)铝合金的抗拉强度在400MPa以上，延伸率在20％以上，以与原本采用的铜合金性能相当；(2)铝合金具有良好的热加工性能和耐腐蚀性能，以有利于阀门的制造和使用。常用的铝合金中，强度能达到400MPa的一般都是时效强化型铝合金，有2系、6系、7系铝合金，但这些铝合金由于都含有大量时效析出相，尤其是存在无沉淀析出带组织，导致合金耐蚀性能不能满足阀门制造的要求。也有人采用纯铝来制造阀门，如专利号为CN201710953617.9的专利提出采用纯铝通过压铸来制造阀门，但纯铝的强度不能满足用于强度高于400MPa的场合，其次如果铝合金不经受热变形而仅仅是以铸件的形式应用，则其延伸率往往无法达到20％。专利号为CN200710008859.7的专利提出采用冷挤压纯铝棒并通过阳极覆膜来制备铝合金阀门。冷挤压纯铝棒强度尚可，能达到300Mpa，但其塑性差，而且该专利方法采用阳极覆膜工艺来提高铝的耐蚀性，该工艺过程会产生对环境有害的物质。

发明内容

针对背景技术中提出的问题，本发明提供了一种高强耐蚀Al-Mg-Sc-Zr合金及其制备方法，采用耐腐蚀性能好的Al-Mg合金，能够满足阀门制造的要求，尤其是当合金中Mg含量不超过5％时，合金的抗应力腐蚀性能优良。在此基础上，为了进一步提高合金强度，且避开时效强化会导致合金耐蚀性能降低的缺点，本发明提出在合金中添加不会降低合金耐蚀性能的Zr、Sc元素，这两种元素既可以起到一定的析出强化的作用，且不会形成电极电位比基体更低的析出相，因此不降低合金耐蚀性。此外，Al₃Zr和Al₃Sc都具有抑制合金回复再结晶的作用，这可以进一步提高合金强度。所以本发明利用Al₃Zr和Al₃Sc的这两种特性，通过将成分设计和双级退火工艺设计相耦合，使得合金成品微观组织为热锻后去应力退火回复组织+大量弥散强化相，确保合金力学性能和耐蚀性能都达到所需要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强耐蚀Al-Mg-Sc-Zr合金，对其进行成分设计，利用当Mg含量低于5％时Al-Mg合金耐蚀性能优良的特性，首先确定合金主元素为3.5-4％的Mg，并且合金中不添加Mn、Cr等会降低合金塑性的元素，而是利用Zr、Sc这两种元素进行微合金化，来进一步提高合金强度，两种微量元素的含量都为0.05-0.2％。

一种高强耐蚀Al-Mg-Sc-Zr合金的制备方法，包括铸造、初级高温退火、热锻、精加工、次级去应力退火5个步骤，具体步骤如下：

第一步、铸造：按照上述成分设计配料并熔化后，通过水平连铸制备出直径为20-30mm圆杆状铸锭，铸锭直径较小可以确保铸造过程中铸锭获得较大的冷却速度，从而得到Sc、Zr元素的过饱和固溶体，为后续工序做合金微观组织准备；

较优的，在铸造拉坯过程中，当铸锭温度低于580℃后要确保进入高压二次冷却水强冷，来防止两种微量元素在铸造冷却过程中发生析出；