[发明专利]一种高强Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Ce‑Y‑Er‑La‑Sc变形铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及其制备方法。

背景技术

从当前的技术和应用领域看，国内外对于铝合金各项性能的要求不断提高，随着其应用领域的不断推广，大量新型高强度高性能铝合金应运而生，对于研发和制备工艺提出了新的挑战，从可持续性发展的角度出发，经济、节约、高效三者的有机结合是在实际生产过程中扮演者举足轻重的作用。

传统铝合金的抗拉强度和抗疲劳强度都存在不足，在生产过程中由于精炼剂的加入又造成了一定污染，使成分难以精确控制从而在各项性能上都产生了难以估计的影响，在铝合金的切削加工方面，新型稀土铝合金比传统铝合金具有更好的切削加工性能，适用于复杂构件的制造加工，加工成本也大幅降低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及其制备方法，通过加入稀土元素、及利用氦气吹入稀土合金粉末从而达到良好的成分均匀化，有效解决了传统的Al-Zn-Mg-Cu合金性能不足和产品缺陷的问题。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金，由以下质量百分比的成分组成：Zn 7%、Mg 2%、Cu 2.3%、Ce 0.1%、Y 0.5%、Er 0.1%、La 0.01%、Sc 0.2%、Al余量。

其中，Ce、Er、Y、Sc、La分别以Al-30wt.%Ce、Mg-30wt.%Er、Mg-20wt.%Y、Al-30wt.%La、Al-2wt.%Sc的粉末状稀土合金进行添加，所述稀土合金颗粒直径在40um～50um之间。

本发明还提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金的制备方法，包括以下步骤。

步骤1、按配方质量百分比取Al、Zn、Mg、Cu、Ce、Y、Er、La、Sc准备熔炼。

步骤2、将坩埚放入氦气环境中进行预热，当温度达到730℃时，放入准备熔炼的铝，待铝融化后，将准备熔炼的锌和铜按顺序放入铝液中。

步骤3、待铝液融化回温后，开始通过蜂窝陶瓷喷管向铝液底部持续通入氦气，通入的氦气进入铝液前需经过预热达到740℃，通过氦气的流动带动稀土合金粉末和镁颗粒，经过蜂窝陶瓷喷管进入到熔融的铝液中。

步骤4、持续保温740℃并通入氦气0.5h后，炉冷降温，当温度降到710℃时，将合金溶液浇入事先预热400℃过的金属模具内，待让合金空冷至室温，即得到成分均匀的Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc合金铸锭。

步骤5、将所得合金铸锭在450℃下进行均匀化处理，然后除去合金铸锭氧化皮，在430～450℃温度区间内预热2h后，加入已预热至440℃的挤压模具内，低速挤压成棒材。

步骤6、将棒材切割成试样，加工成拉伸棒（Φ12），然后进行T6热处理；固溶温度480℃、2.5h，油冷沾火；在120℃下进行人工时效处理，时效时间分别为6h、12h、18h、24h、30h，时效结束后试样油冷至室温，即得高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金。

所述蜂窝陶瓷喷管的每根陶瓷喷管间距不得小于5cm，陶瓷喷管总数为7根，六边形布局分布，中间分布一根，每跟陶瓷喷管切面为正六边形；所述陶瓷喷管末端距离坩埚底部15mm；所述陶瓷喷管内切圆孔径直径为2mm。

与现有技术相比本发明的有益效果。

本发明提供的高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及其制备方法，通过在Al-Zn-Mg-Cu系合金的基础上加入稀土元素Ce、Y、Er、La、Sc，再利用气泵将氦气瓶中的氦气（氦气纯度不小于99.99%体积分数）导入蜂窝陶瓷喷管中，然后吹入稀土合金粉末从而达到良好的成分均匀化，气泡直径控制在直径5mm左右，以获得更多更均匀的气泡，对容易进行搅动。在整个过程中通过惰性气体（氦气）形成保护氛围，使熔炼过程中氧化反应尽可能减小，形成的合金成分更加精确，并且在氦气气泡的上浮过程中能吸附和包裹大量的杂质微粒和气体微粒，从而起到净化铝液的目的，排除了氧化物对合金的影响；另外，由于气泡上浮不断搅动铝液也使得成分更加均匀，可通过控制气体流速控制搅拌速率，灵活多变，并结合挤压变形及后续的热处理，进一步提高合金的强韧度，可以满足更广泛的应用需求。

附图说明

图1为本发明实施例的合金铸态显微组织图（100µm、50µm）。