[发明专利]一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金及热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金及热处理工艺，具体是指一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金及热处理工艺，属于有色金属材料技术领域。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu合金是航空和航天领域重要结构材料之一，该系合金在长期使用过程中存在明显剥落腐蚀倾向，从而对合金的强度、塑性、疲劳性能等造成极大损害，严重缩短铝合金的使用寿命。

剥落腐蚀兼具有晶间腐蚀和应力腐蚀的特征，其腐蚀速率受合金成分和晶界平衡相分布的控制。在Al-Zn-Mg-Cu合金中，晶界平衡相中较高的铜含量有利于合金抗应力腐蚀性能的提高，而较高的锌含量则对腐蚀性能不利，人们为了追求合金高强度而不断提高Zn含量，往往忽视高Zn对合金抗应力腐蚀和断裂韧性的不利影响；研究还表明，通过添加Cr、Zr等微量元素调整合金晶相组织与晶界析出相分布可提高合金的抗剥蚀性能。另外，晶界平衡相对合金抗剥落腐蚀的影响也十分显著，由于晶界平衡相电极电位较晶内为负，在腐蚀介质中作为腐蚀阳极优先溶解，在应力作用下形成腐蚀裂纹并沿晶界扩展，若晶界析出相呈连续分布，则容易形成阳极腐蚀通道，加速腐蚀进程。

一般的，采用热处理方法强化的铝合金其强度与抗剥蚀性能是相互矛盾的，例如峰时效态(T6态)Al-Zn-Mg-Cu合金，虽然可获得最高的静强度，但晶界上连续分布的析出相使合金具有较高的剥落腐蚀敏感性；T73双级时效态合金，通过延长时效时间获得过时效组织，使晶界处析出粗大且不连续分布的第二相，阻碍腐蚀介质沿晶界扩散，有效降低晶界处氢原子浓度，从而提高抗剥落腐蚀性能；但在长时间时效的同时，晶内细小的沉淀相粗化使合金强度下降严重（一般为10%-15%）。另一种状态的双级时效T76态的合金，虽然强度适中，但其电导率相对T73态下降较多。随后，为了使合金达到T6状态的强度及足够的抗应力腐蚀性能，人们又提出了更复杂的三级时效制度（RRA），它包括三个阶段：第一阶段在较低温度下进行峰时效，获得与上述T6态相同的显微组织与性能；第二阶段为高温短时间回归处理，在这个过程中，晶内析出相溶解到基体中，晶界上连续状析出相聚集合并，变得不再连续；第三个阶段与第一阶段处理方法相同，最终获得细小弥散的晶内析出相和不连续分布的晶界析出相，这种组织综合了峰时效和过时效的优点，使合金不仅具有接近于T6峰值时效态的强度，远高于T73、T76态的强度；同时，也改善抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能。然而，三级时效制度也有致命的缺点，其一是电导率比T73和T76状态低，电导率低意味着较低的抗应力腐蚀性能；其二是时效工艺过于复杂，不利于大规模工业化生产应用。

为了克服三级时效制度（RRA）及T76处理后电导率低及T73处理后强度过低的难题，并同时考虑到工业化生产的适用性，迫切需要开发新的时效处理工艺，以保证合金在电导率和抗剥落腐蚀性能不下降或下降较小的前提下，提高合金拉伸强度和韧性。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理的耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金。

本发明的另一个目的是提供一种工艺简单、生产周期短、操作方便、可有效提高铝锌镁铜合金强度、塑性及耐剥落腐蚀性能的铝锌镁铜合金的热处理工艺。

本发明一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金，包括下述组分，按重量百分比组成：

Zn：4.5-6.2%，

Mg：1.0-3.0%，

Cu：1.0-2.0%，

Ti≤0.10%，余量为Al，且Zn/Mg重量比为2.3-2.8。

本发明一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金，包括下述组分，按重量百分比组成：

Zn：4.5-6.2%，

Mg：1.0-3.0%，

Cu：1.0-2.0%，

Cr：0.10-0.30%或Zr：0.05-0.20%，Ti≤0.10%，余量为Al，且Zn/Mg重量比为2.3-2.8。

本发明一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金的热处理工艺，是采用下述方案实现的：将铝锌镁铜合金固溶处理水淬后，进行预变形，然后，将合金加热至122-132℃进行2-4h低温时效后，直接升温至163-180℃保温8-12h，出炉空冷。

本发明一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金的热处理工艺，所述固溶处理温度为460-475℃，保温时间1-2h。

本发明一种耐剥落腐蚀高强铝锌镁铜合金的热处理工艺，所述预变形为冷轧变形或冷拉变形，所述预变形的变形量为2-5%。

本发明的机理简述于下：