[发明专利]高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其是一种具有优良改善性能的7000系铝合金及其制备方法，具体地说是一种添加了微量合金元素的高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法。

背景技术

众所周知，7000系(Al-Zn-Mg-Cu系)铝合金是现代航空航天、武器装备等领域的关键结构材料。其中7055(基本成分为Al-7.6～8.4Zn-1.8～2.3Mg-2.0～2.6Cu-0.08～0.25Zr)和7085(基本成分为Al-7.0～8.0Zn-1.2～1.8Mg-1.3～2.0Cu-0.08～0.15Zr)铝合金备受关注。前者是新一代高硬度、高强度铝合金，但其抗腐蚀性较差，淬透性较低，限制了其在厚板(板厚限于38mm)等领域的应用。后者是新一代高抗腐蚀性、高淬透性(板厚可达300mm)、高强度铝合金，但其硬度、强度明显不如前者。

在7000系铝合金中保持较高的Zn/Mg比是得到良好抗腐蚀性、淬透性的基础，而微合金化则也是提高铝合金组织与性能的有效手段。从7055和7085铝合金的主成分来看，其Zn/Mg比的平均值分别为3.9和5.1，相差很大。从微合金化来看，这两个合金都仅采用了过渡族元素(Zr)进行微合金化。

锶(Sr)是一种活性很高的元素，加入铝中能对Sc、Zr起到降低其烧损的保护作用，并且Sr是一种长效变质剂，能有效地净化熔体、去除杂质、细化组织、提高合金元素分布均匀性。

钪(Sc)既是3d过渡族元素，又是稀土元素，对铝合金具有神奇的合金化作用。铝合金铸造凝固时少部分的Sc以初生Al₃Sc颗粒形式析出，起到非均质晶核的作用，细化合金铸态组织，促进等轴晶形成，提高合金元素分布均匀性。大部分的Sc固溶于凝固后的固溶体中，在随后的热加工(退火、热变形、固溶处理)过程中，以次生Al₃Sc质点形式析出，其尺寸细小(直径小于20纳米)，并与基体共格(晶格错配度为1.2％)，可以有效地钉扎位错和亚晶界，抑制再结晶和晶粒长大，同时还可以改变主要强化相的尺寸、形貌、分布或生成新的强化相，抑制晶界无析出带并使晶界第二相分布离散不连续，大大提高合金的强度、抗蚀性、热稳定性、可焊性等一系列性能。

因此，Sr和Sc复合微合金化可以明显提高铝合金的性能。但是，到目前为止，尚未有一种Sr和Sc复合微合金化的7000系铝合金可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的7000系铝合金存在的高硬度与高抗剥蚀性能很难兼顾的问题，提供一种添加有微量元素的高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种高硬抗剥蚀7000系铝合金，其特征是它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锆(Zr)、锶(Sr)和钪(Sc)组成，其中Zn的质量百分比为7.95～8.34％，Mg的质量百分比为1.80～1.89％，Cu的质量百分比为1.59～1.83％，Zr的质量百分比为0.148～0.151％，Sr的质量百分比为0.0237～0.0599％，Sc的质量百分比为0.015～0.103％，余量为铝和少量杂质元素。

一种高硬抗剥蚀7000系铝合金的制备方法，其特征在于：

首先，将纯Al熔化，然后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、纯Zn、纯Mg，待全部依次熔入熔化的纯铝中后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体溢出，静置保温5～10min后去渣浇铸成锭。

其次，对熔铸成锭的合金进行后处理；即可获得高硬抗剥蚀7000系铝合金。

所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89％、Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％，Al-Sc中间合金中Sc的质量百分比为2％。

所述的浇铸成锭合金的后处理其最佳工艺为470～490℃×24h退火、430～450℃预热后的锻压加工、470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h共三次固溶处理和最终的121℃×24h时效处理。

本发明的有益效果：

(1)本发明获得了一种合金化程度和Zn/Mg比都介于7055和7085铝合金之间的高硬抗剥蚀铝合金。

(2)本发明铝合金的硬度高达210.1～212.2HV。