[发明专利]喷铸铝锂合金

说明书

本发明涉及的是钠和氢含量低的铝-锂基合金，并且这些合金是用喷射沉积法制备的。

铝-锂基合金在需要高刚度、低重量材料的领域，特别是在航天领域中有很重要的应用。不过，人们发现铝-锂合金在短横向的延伸性、断裂韧性和抗应力腐蚀裂纹发展性能等指标都比较低。

Kojima等人测试了喷铸铝-锂8090合金在铸造和随后的加热等压处理时的机械性能（5th  Int.Conf.on  Al-Li  Alloys，AIME，P85，1989）他们在报告中指出喷铸合金的机械性能比文献报道的半连铸8090合金的机械性能有明显的提高，尽管这不是直接的比较。机械性能的改善是归因于在喷铸合金中出现了更加细小的晶粒结构。

Fager等人报道了Al-Li合金中的解理断裂（Scripta  Me-tallurgica  Vol.20.p1159，1986），这间接证实钠同钾和钛一起作为一种可能脆化剂。

Miller等人认为解理断裂现象并不限于Al-Li合金（Scripta  Metallurgica  Vol.21.p663，1987）。他们发现假如Al-Li合金中钠的含量低于10ppm左右，合金就不会发生解理断裂。断裂被认为是由钠偏析至晶粒边界和微粒基体界面所致。

氢含量对Al-Li合金机械性能的影响沿未被定量化，但是有间接证据表明氢是有害的。

发明者出人意料地发现了可以用喷射沉积法制出Na和H含量都比常规的铸造手段制成的铝合金更低的铝锂合金，并且喷铸法制备的铝合金经机械加工后其短横向机械性能出人意料地好。于是，本发明的一个方面是提供一种降低铝合金中挥发物含量的方法，其中含挥发物杂质的熔融态铝合金是用喷铸法制备的。

“挥发物”一词用在此处包括气态杂质和高蒸汽压杂质，比如氢或碱金属。

为了形成致密的沉积层，最好采用喷铸工艺熔化，这种方法特别适于去除Na和H₂杂质。

本发明可用来降低任何铝合金中的钠和/或氢含量。该方法可在不明显改变其它合金组分平衡的情况下降低铝合金中的钠含量。可以将该喷射沉积层重新熔化，以得到低钠的铝合金原料;或所制出的喷射沉积层既可以直接使用也可以在使用前再加工。

本发明特别适用于铝-锂基合金。本发明在另一方面又给出一种喷铸铝-锂基合金，该合金的钠含量为2.5ppm或低于2.5ppm，氢含量为1.0ppm或低于1.0ppm。

本发明的铝-锂基合金中锂含量的典型值可以是0.5-7%，最好在2-6%之间。制备本发明所述合金的初始原料可以是常用的半连铸铝-锂合金或用其它方法得到的合金。这类半连铸合金中钠含量通常在10ppm左右，典型值是5ppm，不过也可以低至3ppm。最好初始合金中钠含量能为10ppm或更低。

在人们普遍认为Al-Li合金中钠含量应最好低于出现解理裂纹型缺陷的值（典型值一般为10ppm）的同时，本发明人发现，通过把钠含量降至大大低于发生钠偏析的水平并同时降低氢含量，合金的性能得到出乎意料的改善，其短横向的性能更是如此。其长横向及短横向的延伸性和抗拉性强度都提高了，短横向的断裂韧性也提高了，抗应力腐蚀裂纹发展和抗慢裂纹发展的性能也显著提高。虽然材料在某些方面（如纵向）的机械性能可能略微降低，但本发明所述合金的性能在总体上提高了。

本发明的铝-锂基合金含2.5ppm或更低的Na，并且最好H₂含量为1ppm或更低。

半连铸Al-Li合金的氢含量的典型值位于0.5-0.8ppm之间，不过也可能低至0.3ppm。众所周知，在高锂合金（特别是锂含量为4%或更高的合金）中，氢含量也随之增加，虽然其原因还不清楚。Li含量为3%或更低的合金中，H₂含量往往不超过0.3ppm，一般在0.1ppm左右或更低;而在Li含量高于3%的合金中，H₂含量可能高达1ppm（不过一般为0.8ppm或更低）

本发明的合金中还可以包括除Na和H₂外的其它元素，这些元素的含量与它们在常规法制备的Al-Li合金中的量相当。比较好的合金包括8090，8091系列合金。本发明所指的合金既包括处于喷铸状态的合金，也包括使这些合金经轧制、挤压、锻造、加热等压处理或其它手段加工手所得产品。精炼后的合金也可以重熔，以作为低杂质含量材料的原料，还可以重铸。

喷射沉积工艺中有许多因素可以影响喷射铸锭中钠和氢的最终含量。