[发明专利]一种低密度高强高弹性模量的铝锂合金及制备方法

权利要求书

1.一种低密度高强高弹性模量的铝锂合金，其特征在于，所述低密度高强高弹性模量的铝锂合金的化学成分按质量百分比计为：Cu 1.5-4.5wt.%，Li 2.4-3.8wt.%，Mg 0.5-2.0wt.%，Zn 0.5-1.0wt.%，Ag 0.3-0.8wt.%，Er 0.05-0.3wt.%，Zr 0.05-0.25wt.%，Fe≤0.08wt.%，Si≤0.05wt.%，余量为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低密度高强高弹性模量的铝锂合金，其特征在于，所述低密度高强高弹性模量的铝锂合金的铸态组织为面心立方铝基体和晶界处粗大的Al₂CuMg、Al₆CuLi₃、Al₇Cu₄Li、AlLi金属间化合物，热处理态组织为面心立方铝基体+晶内均匀分布的细小Al₂CuLi、Al₃Li、Al₂CuMg纳米析出相，同时晶界处金属间化合物尺寸比铸态中显著减小。

3.根据权利要求1所述的低密度高强高弹性模量的铝锂合金，其特征在于，所述低密度高强高弹性模量的铝锂合金的性能：密度为2.47-2.69g/cm³，抗拉强度为230-350MPa，延伸率为2.0-8.0%，铸态弹性模量为77-83GPa，热处理态弹性模量为80-86GPa。

4.根据权利要求1-3任一所述的低密度高强高弹性模量的铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

S1、合金配料

按照所述低密度高强高弹性模量的铝锂合金中元素化学成分质量比将纯Al、纯Ag、纯Li、Al-Cu中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Er中间合金和Al-Zr中间合金作为原料称重准备；

S2、烘料

将步骤S1称量的纯Al、纯Ag、Al-Cu中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Er中间合金和Al-Zr中间合金、以及坩埚在200-220℃预热0.5-2h；

S3、电磁感应加热炉气压调整

将步骤S2中预热之后的原料放入预热之后的坩埚中，并将前述坩埚放入电磁感应加热炉中，熔炼开始前先将电磁感应加热炉内的压强调整至5-10kPa，再通入氩气至炉内气压达到100-110kPa，重复前述步骤2-4次，最终保持炉内气压控制在105-115kPa；

S4、真空感应炉熔炼

调整加热功率分段升温熔炼步骤S3中的原料，待铝锂合金原料完全熔化；

S5、功率调整

步骤S4熔炼完成后，通过程序调整电磁感应炉的功率在10%和100%负荷之间振动，时间为5-10min，并重复步骤S3中的气压调整步骤；

S6、铸造

调整步骤S5后坩埚内的温度并保温；从坩埚底部将坩埚内的合金熔体注入铜模中，立即向铜模内部施加150-250kPa的压力，持续1-3min，得到铝锂合金铸锭；

S7、热处理

将步骤S6中真空熔炼铸造得到的铝锂合金铸锭放入惰性气体保护炉中，进行三级固溶处理，结束后立即将铸锭在水中进行淬火处理；

将固溶后的铸锭在惰性气体保护炉内进行单级时效处理；

S8、冷却方式

取出步骤S7中经过热处理的铸锭在空气中冷却，得到高弹性模量铸造铝锂合金。

5.根据权利要求4所述的低密度高强高弹性模量的铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的坩埚为经氮化硼特殊涂敷后的钢制坩埚。

6.根据权利要求4所述的低密度高强高弹性模量的铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的分段升温熔炼包括先使坩埚内合金在2-5min内升至300-350℃，然后使坩埚内温度在2-3min内升至450-500℃，之后使坩埚温度在3-5min内升至650-700℃，最后使坩埚内温度在2-3min升至750-800℃。