專利名稱：一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的Al-Zr-Er合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的微合金化鋁合金材料，屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于鋁基合金具有低密度、高比強(qiáng)度、易加工性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天以及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。從合金成分的角度看，通常有兩種強(qiáng)化鋁合金的方式:固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。通過固溶強(qiáng)化得到的鋁合金，僅僅適用于低強(qiáng)或中強(qiáng)的強(qiáng)度范圍，但是其良好的耐蝕性彌補(bǔ)了強(qiáng)度較低的缺陷；高強(qiáng)鋁合金往往是通過析出強(qiáng)化的方式獲得的，然而析出相與鋁基體間存在的電勢差，會破壞合金表面的電化學(xué)均勻性，使得合金耐腐蝕性能變差。一般來講，合金的強(qiáng)度越高，耐腐蝕性能就越差?？梢姡X合金的強(qiáng)度與耐蝕性之間存在的這種負(fù)相關(guān)性，成為開發(fā)兼具高強(qiáng)度與優(yōu)良耐蝕性鋁合金材料必須解決的技術(shù)難題。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對稀土元素在鋁合金中的微合金化作用做了大量的研究。其中，以對Sc的研究最為深入，并取得了令人滿意的研究成果，但是Sc的價(jià)格昂貴，限制了 Sc鋁合金在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。價(jià)格相對便宜的Er成為人們研究的熱點(diǎn)，與Sc類似，通過與鋁形成具有Ll2結(jié)構(gòu)的Al3Er相，提高鋁合金的力學(xué)性能。中國專利CN102021443A公開發(fā)明了一種Al-Er-Zr合金，表明Er和Zr復(fù)合微合金化，具有非常顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果，然而該專利未涉及Er、Zr復(fù)合添加對耐腐蝕性能的影響。本發(fā)明在純鋁中復(fù)合添加Er、Zr兩種元素，在保證合金有效強(qiáng)化的前提下，綜合考慮耐電化學(xué)腐蝕性能，通過調(diào)整兩種合金元素的含量，以及合適的熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度及耐蝕性的同步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有高強(qiáng)鋁合金耐蝕性差的不足，尋找一種對鋁或鋁合金基體起到強(qiáng)化作用，又會提高鋁合金的耐腐蝕性能的鋁合金材料及其制備方法。本發(fā)明所提供的Al-Zr-Er合金，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比含量的組分:Zr為0.19 0.30%, Er為0.06 0.26%，余量為鋁，Zr的成分均接近其在鋁中的最大固溶度，Er的成分變化明顯。以上所述的合金元素的最佳成份范圍為:Zr為0.19 0.25% (重量百分比)，Er為0.08 0.20% (重量百分比)。本發(fā)明上述高強(qiáng)、耐腐蝕的鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)在熔化的純鋁液(>99.99%)中，加入AlEr和AlZr中間合金，熔煉溫度為750 780 0C，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，用鐵模澆鑄；(2)然后在640°C 土 10°C對鑄錠進(jìn)行均勻化退火，然后進(jìn)行冷軋，冷軋工藝優(yōu)選控制每道次壓下量在10% 25%，最終冷變形量為75% 90% ;然后在640°C 土 10°C進(jìn)行固溶處理20 30小時(shí)，隨后水淬到室溫；(3)然后在200°C (400-500) °C之間進(jìn)行等時(shí)時(shí)效，具體過程為自200°C起每隔25°C保溫3h后取樣，例如200°C /3h取第一個樣，200°C /3h+225°C /3h取第二個樣，200°C /3h+225°C /3h+250°C /3h取第三個樣，依次類推直到(400-500) 1:之間硬度達(dá)最大
值結(jié)束；或者375°C ±10°C等溫時(shí)效等溫時(shí)效，即在特定溫度下保溫不同的時(shí)間，從10分鐘到500小時(shí)，優(yōu)選100-200小時(shí)，使得硬度達(dá)最大值結(jié)束。本發(fā)明在于采用了上述成分配比的Er和Zr復(fù)合微合金化，通過上述的工藝過程發(fā)現(xiàn)，在最佳成分范圍內(nèi)，通過合適的熱處理工藝，Al-Er-Zr合金的強(qiáng)度與耐電化學(xué)腐蝕性能達(dá)到顯著的同步提高。本發(fā)明制備的合金，通過時(shí)效熱處理即可實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)度的大幅提高，以及耐電化學(xué)腐蝕性能的同步提升，這不同于現(xiàn)有可熱處理強(qiáng)化的鋁合金中耐蝕性變差的現(xiàn)象。


圖1:200 500°C之間每隔25°C等時(shí)3小時(shí)時(shí)效曲線；圖2:S3, S4，S5，S6號試樣在375°C的等溫時(shí)效曲線；圖3:S3號試樣在375°C等溫時(shí)效10h，100h,200h的動電位掃描循環(huán)極化曲線；圖4:S4號試樣在375°C等溫時(shí)效10h，100h,200h的動電位掃描循環(huán)極化曲線；圖5:S6號試樣在375°C等溫時(shí)效10h，100h,200h的動電位掃描循環(huán)極化曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1:(1)采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄綻，所用原料為純鋁和Al-6Er和Al-4Zr中間合金，熔煉溫度為750 780°C，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，用鐵模澆鑄，然后直接冷軋，冷軋工藝優(yōu)選控制每道次壓下量在10% 25%，最終冷變形量為75% 90%。制備了 5種不同成份的合金，通過XRF測試了其實(shí)際成分，如下表I所示。其中SI和S2樣品分別為Al-Er和Al-Zr 二元合金，用作對比。表I實(shí)驗(yàn)合金成份
權(quán)利要求
1.一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的Al-Zr-Er合金材料，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比含量的組分=Zr為0.19 0.30%, Er為0.06 0.26%，余量為鋁。
2.按照權(quán)利要求1的一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的Al-Zr-Er合金材料，其特征在于，Zr 為 0.19 0.25%, Er 為 0.08 0.20%。
3.制備權(quán)利要求1的一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的Al-Zr-Er合金材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在熔化的純鋁液(>99.99%)中，加入AlEr和AlZr中間合金，熔煉溫度為750 780 0C，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，用鐵模澆鑄； (2)然后在640°C±10°C對鑄錠進(jìn)行均勻化退火，然后進(jìn)行冷軋，冷軋工藝優(yōu)選控制每道次壓下量在10% 25%，最終冷變形量為75% 90% ;然后在640°C ±10°C進(jìn)行固溶處理20 30小時(shí)，隨后水淬到室溫； (3)然后在2001: 5001:之間進(jìn)行等時(shí)時(shí)效，具體過程為自2001:起每隔251:保溫311，直到400-500°C之間； 或者375°C ±1 0°C等溫時(shí)效。
全文摘要
一種耐電化學(xué)腐蝕的、強(qiáng)化的Al-Zr-Er合金材料及其制備方法，屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域。在鋁基體中按重量百分比組成鋯為0.21～0.29%，鉺為0.06～0.26%。其制備方法是在熔煉鋁的過程中加入AlEr和AlZr中間合金，熔煉溫度為750～780℃，用鐵模澆鑄，隨后對鑄錠進(jìn)行均勻化處理、軋制、固溶處理。最后將淬火后的合金在200～500℃之間每隔25℃等時(shí)時(shí)效3小時(shí)，或在375℃±10℃等溫時(shí)效。本發(fā)明制備的合金，通過時(shí)效熱處理即可實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)度的大幅提高，以及耐電化學(xué)腐蝕性能的同步提升，這不同于現(xiàn)有可熱處理強(qiáng)化的鋁合金中耐蝕性變差的現(xiàn)象。
文檔編號C22C21/00GK103184372SQ201310111629
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者高坤元, 劉丹, 聶祚仁, 文勝平, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)