[发明专利]一种添加锡锌锰的铝锂合金材料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝锂合金材料及其生产方法，特别是涉及一种添加锡锌锰的铝锂合金材料及其生产方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对高强度铝合金焊接结构件的需求日益增多。

由于铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

作为铝合金的新的研究方向——铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能和耐腐蚀性以及良好的超塑性等优点。用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10％～15％，刚度提高15％～20％，是一种理想的航空航天结构材料。由于航天结构件间往往采用连接体的形式，用焊接工艺代替传统的铆接结构可以减轻结构质量，减少装配时间，因此，对铝锂合金的可焊接性提出了更高的要求。

美国的Reynolds金属公司和Martin Maritta公司合作，开发Weldlite系列铝锂合金。该系列合金具有高强可焊的特点，抗拉强度最高可达700MPa；在多种焊接工艺下均可形成致密的焊缝，其焊缝强度和韧性都明显高于其他传统铝合金。Weldalite合金包括Weldalite^TM049和210两个合金系列，其中Weldalite^TM049合金具有较高的焊接性，其化学成分及相关性能均符合航空航天结构材料的应用，其化学成分及相关性能均符合航空航天结构材料的应用，但是由于其是通过添加银(Ag)来提高材料的焊接性能，因此也提高了铝锂合金的相应成本。

综上，目前需要一种不仅成本较低，而且能够保证合金相关强度及焊接性的铝锂合金材料。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进合金成分设计并根据合金的特点优化生产工艺，提供一种提高了现有技术中铝锂合金的强度、可焊接性、降低各向形并且大幅降低材料成本的铝锂合金材料及其生产方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种添加锡锌锰的铝锂合金材料，由如下重量百分比的组分组成：锡锌锰合金颗粒：1.5-2.5wt％，锂:1.5-2.5wt％,铜:1-2wt％,镁：0.05-0.2wt％,余量：铝。

优选地，一种添加锡锌锰的铝锂合金材料，由如下重量百分比的组分组成：锡锌锰合金颗粒：2.0wt％，锂:2.0wt％,铜:1.5wt％,镁：0.75wt％,余量：铝。

本发明的一种添加锡锌锰的铝锂合金材料的生产方法，具有以下步骤：

1)将各金属原料按所述比例在封闭并冲有惰性气体的熔炼炉中混匀，升高所述熔炼炉的温度，在300-310℃下熔炼，熔炼时间为2-3小时；

2)采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体，确定其成分在范围之内；

3)将合金液体保温至700℃之后置于真空熔炼炉中再次熔炼，在700℃温度、500-2000Pa真空度的条件下，真空熔炼20分钟；

4)检测氢含量至小于等于质量分数1×10^-7；

5)采用连续铸造的方式生产毛坯圆锭；

6)时效处理，环境温度为200-220℃，时效退火时间为1.5小时；

7)将所述完成的合金材料拉制成形。

进一步地，其特征在于：其中用于熔炼的所述锡、锌、锰合金颗粒，体积比为8:1:1，颗粒粒径大于等于200μm，小于等于600μm。

进一步地，其中，将所述退火完成的合金材料拉制成成品。

本发明还提供了上述铝锂合金材料在制备航天航空结构材料中的用途。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

1、本发明提供了一种铝锂合金材料及其制造方法，同时满足了对多用途材料的低密度、高比强度和比刚度、低温性能和耐腐蚀性、超塑性、高强度、可焊接性、低各异性和低成本的多种需要。

2、本发明的铝锂合金材料，通过采用廉价的锡、锌、锰三元素取代价格昂贵的银元素，从而降低合金材料的成本。通过生产工艺的改进，以挤压取代多次热处理或锻打的方式实现了材料质量的整体减小。

3、本发明通过以相互共晶的锡﹑锌﹑锰三元素材料制成的颗粒粉末弥散在锂与铝的合金当中，提高了合金材料的强度及焊接性能。