[发明专利]碳氮化物复合处理的高强度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材料及其高质化处理方法，特别涉及一种碳氮化物复合处理的高强度铝合金及其制备方法。 

背景技术

深加工用的铝合金往往需要首先铸造成大型的锭坯，如扁锭、圆棒等，再通过轧制、挤压、锻造等手段，加工成各种成品，这些过程基本上都要和热处理相结合，如果到可以直接使用的最终产品，则还要经过分割、表面加工、钝化处理等作业。这些加工手段，需要铝合金材料本身具备良好的深加工性能，包括铸造性能、压力加工变形性能、热处理强化性能、抗腐蚀性能、抗疲劳破坏性能、表面加工和涂覆性能等。其中，熔铸性能是铝合金深加工性能的基础。大型锭坯，尤其是厚度500mm以上的扁锭、厚板和直径500mm以上的圆棒，是大型高效深加工的代表性基材，而能否预制成大型锭坯，也是考验铝合金材料本身是否适合进行深加工的第一道技术关口。 

据统计，世界上500多种变形铝合金材料中，常用于熔铸大型锭坯的铝合金还不到20个，其中最常用于熔铸大型锭坯和生产厚板的铝合金有5083、5026、6082、2017、2024、2219、7075、7050等，这些材料中，属于硬铝和超硬铝范畴的是2XXX系和7XXX系，其厚板多用于航空航天工业，但其熔铸大型锭坯的性能很差，扁锭和圆棒成形率很低；5XXX系、6XXX系合金熔铸性能较好，但强度低；其它如1XXX系、3XXX系铝合金则属于软铝范畴。 

目前的铝合金材料除了熔铸大型锭坯时的成形性能较差外，大型锭坯在热处理过程的淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊 性能(如耐热、耐蚀)等，也是重大缺陷。这些缺陷使其在工程技术领域替代钢制品等重强材料和结构的进程中形成了难以跨越的技术断点。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对目前铝合金在熔铸过程存在的成形性问题和热处理过程存在的淬透性不高等问题，以复合处理方式加入金属碳氮化物M_x(C，N)_y，使之在熔体中部分溶解，提供原子态合金元素M和C、N元素，造成多种原子态的变质元素，同时一部分碳氮化物仍以化合物形态存在，作为间隙强化相；在原子态、间隙相的共同作用和快速均匀分布手段的支持下，达到克服铝合金性能的不足，提高其强韧性、成形性和淬透性，为高效深加工提供高端基材。 

本发明的技术方案是，碳氮化物复合处理的高强度铝合金，按重量百分比计，该合金成分为Cu：2.0～3.2％，Mn：≤0.2％，Mg：0.2～0.5％，Cr：≤0.01％，Ni：≤0.01％，Zn：≤0.1％，Ti：≤0.15％，Si：≤0.5％，Fe：≤0.5％，碳氮化物M_X(C，N)_Y为炉料总质量的0.05～2.5％，其余为Al和不可避免的微量杂质。 

本发明所述的碳氮化物复合处理的高强度铝合金，上述碳氮化物M_X(C，N)_Y是指化学式为M_xC_y的过渡金属元素碳化物和化学式为M_xN_y的过渡金属元素氮化物，以及它们的混合物。 

本发明所述的碳氮化物复合处理的高强度铝合金，碳氮化物M_X(C，N)_Y中的M是指元素周期表中位于IIIB～ⅧB族、第一过渡系到第三过渡系的金属元素，包括稀土元素、铁系元素和铂系元素。 

本发明所述的碳氮化物复合处理的高强度铝合金，上述碳氮化物M_X(C，N)_Y中的M是指Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Co、Ni或RE。 

本发明所述的碳氮化物复合处理的高强度铝合金，上述碳氮化物M_X(C，N)_Y的实际分子结构类型包括：简单密排结构碳化物(M_xC，x＝1～2)或氮化物(M_xN， x＝1～2)、复杂密排结构碳化物(以M₃C、M₇C₃、M₂₃C₆为主)、复式结构碳化物(金属原子部分替换，如Fe₃W₃C、Fe₂₁Mo₂C₆)和互溶碳氮化物(C和N原子部分替换，如Ti(C，N)、(Cr，Fe)₂₃(C，N)₆)。