[发明专利]一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种Al‑Zn‑Mg‑Fe系铝合金材料及其制备方法与应用。所述Al‑Zn‑Mg‑Fe系铝合金材料，包括基础合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，Fe：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al为余量；所述共晶元素为Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一种或多种；本发明提供的的Al‑Zn‑Mg‑Fe系铝合金材料，既保留现有Al‑Zn‑Mg系铝合金性能优势，又大幅降低合金制造成本。该合金既可用于铸造铝合金，也可用于变形铝合金，还具有非常优异的耐高温性能，打破了Al‑Zn‑Mg系合金不耐热的传统认知。

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

能源短缺和环境污染是当今世界的突出问题，减轻自身重量成为汽车、航空航天等领域减少环境污染和节约能源的有效方法。据统计汽车质量每降低1千克，则1L汽油就可使汽车多行驶0.011km。同时，汽车减重在降低油耗的同时，也减少了大气中CO₂、氮化物、硫化物等的排放量。航空航天器中，结构件重量的降低带来燃油费用的减少，则是汽车工业的100倍。

铝是最常用的轻金属，储量丰富，占地壳重量的8.13％，在全球金属行业中，铝的应用仅次于钢铁，排名第2。铝合金具有比重小，比强度高，成形性能好，力学性能优异等优点，并可回收再利用，被广泛应用于工业生产的各个部门。

目前Al-Zn-Mg系商用牌号铝合金中，Fe元素一直被认为是一种有害元素，基本要求控制在0.1wt.％以下，即使是Al-Zn-Mg系铝合金中要求宽泛的牌号，最大允Fe量也一般不超过0.4wt.％，这无疑对合金熔炼原料和铸造工艺要求极高，增加了铝合金材料的制造成本。

如现有技术公开了一种高强度铝合金，除铝元素外，其他元素的质量百分含量为Fe：0.1～0.14％，Mn：0.03～0.04％，Si：0.02～0.04％，Ti：0.01～0.06％，B：0.03～0.09％，Zn：2.2～2.9％，Mg：0.9～1.0％，Cu：1.1～1.3％，Ce：0.5～1.0％，Sc：0.1～0.4％，其余为Al，其中，Fe含量控制在极低的水平。

而且，耐热铝合金在汽车、航空、航天、兵器、船舶等多个行业都具有广泛的应用，如汽车发动机的活塞、缸套、缸盖、连杆，导弹壳体、尾翼，飞机蒙皮等。随着航空航天和汽车工业的迅速发展，对铝合金的耐热性能也提出了更高的要求，目前发动机上的活塞、缸套、连杆等零部件，均要求长期服役在300℃以上高温条件并承受着足够的载荷及热疲劳作用，现有的Al-Zn-Mg系铝合金材料难以满足耐高温、抗蠕变等现实苛刻要求。

因此，开发出一款兼具低制造成本和超强耐热效果的Al-Zn-Mg系铝合金具有显著价值。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种具有低制造成本，且能够耐热的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，本发明摒弃了Al-Zn-Mg系铝合金制备过程中需要减Fe、除Fe的传统制备工艺，提出一种增Fe铸造制备Al-Zn-Mg-Fe系高强铝合金的方法。本发明提供的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，既保留现有Al-Zn-Mg系铝合金性能优势，又大幅降低合金制造成本。该合金既可用于铸造铝合金，也可用于变形铝合金，还具有非常优异的耐高温性能，打破了Al-Zn-Mg系合金不耐热的传统认知。

为达到上述技术目的，本发明第一方面提供一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，包括如下质量分数的基础合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，Fe：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al为余量；

所述共晶元素为Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一种或多种；