[发明专利]铸造铝‑锌‑镁‑铜‑钽合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有Ta元素的铸造铝-锌-镁-铜-钽合金及其制备方法，属于金属合金材料技术领域。

背景技术

７ＸＸＸ系Al-Zn-Mg-Cu合金作为一类高强铝合金在航空航天、车辆、机械等领域应用较广。然而为获得理想的组织结构和高的力学性能，这类合金需要进行挤压、锻造等塑性变形过程（故称为变形铝合金），需要复杂的生产装奋和生产工序及较长的生产周期，故生产成本极高。而铸造合金具有生产工艺简单、性能和组织各向同性、易于生产形状复杂的产品等优点，但是强度等力学性能相对变形铝合金要低得多。因此，提高铸造铝-锌-镁-铜合金的性能具有重要的实际应用价值。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供了一种用微量钽元素和富铈混合稀土进行合金化而得到的铸造铝-锌-镁-铜-钽合金（因富铈稀土元素含量极少，在此不在体现），钽元素的加入使该铸造合金性能得到大大提高，本发明还提供了该合金的制备方法。

一种铸造铝-锌-镁-铜-钽合金，由以下质量百分比的组元构成：Ta0.02-0.51%，Mg1.5-3%，Cu1.5-2.5%，Zn6-10%，富铈混合稀土0.0004-0.0102%，其余为Al。

所述的富铈混合稀土的成分及质量百分含量如下：Ce60％，La25％、Pr4％、Nd10％，其余为杂质。

本发明提供的铸造铝-锌-镁-铜-钽合金的制备方法，由以下步骤制备而成：

（１）据所欲制备铝-锌-镁-铜-钽合金的化学成分和质量称取相应质量的以下原料：纯铝（纯度９９.７wt.%或以上），Al-50wt.%Zn中间合金，Al-50wt.%Cu中间合金，Al-40wt.%Mg中间合金，Al-15wt.%Ta中间合金；

（２）将纯铝、Al-50wt.%Zn中间合金、Al-50wt.%Cu中间合金放入坩埚内熔化，合金熔体温度调节至690-740℃后加入Al-40wt.%Mg合金，搅拌熔体使合金成分均匀，再加入精炼剂进行精炼；在以上过程的同时，将Al-Ta中间合金于100-200℃预热60-200分钟，备用；

所述精炼剂购自徐州华中铝业有限公司，型号为HZ-WYJ；

（３）将预热后的Al-Ta中间合金加入上述精炼后的铝熔体中，保温8-25分钟后搅拌，再浇入模具中，冷却后得到铸态铝-锌-镁-铜-钽合金。

（４）将以上铸态铝-锌-镁-铜-钽合金按以下步骤进行热处理：将铝-锌-镁-铜-钽合金在电炉内于450-480℃保温4-6小时后取出并立刻放入水中进行淬火；将淬火后的合金再放入电炉内于140-180℃保温15-25小时，然后取出置于空气中自然冷却，得到热处理态铝-锌-镁-铜-钽合金。

所述的Al-Ta中间合金的成分为：Ta15wt.%，富铈混合稀土0.3wt.%，其余为Al。Ta元素主要以TaAl₃化合物粒子的方式镶嵌于铝基体中；TaAl₃化合物粒子为多面体或球状，粒子尺寸小于3微米。

所述Al-15wt.%Ta中间合金按以下方法制备得到：

(1)按0.8875:0.003:0.32535的质量比称取原料纯铝、富铈混合稀土和K₂TaF₇；

(2)将纯铝在熔化炉内熔化至690-740℃范围，加入富铈混合稀土并待其熔化后搅拌熔体使成分均匀；

(3)将K_２TaF₇分5批加入上述铝熔体中进行反应，每批反应5-15分钟后再加入下一批，反应过程中用碳棒以100转/分钟的转速搅拌熔体；

(4)K_２TaF₇全部加入并反应后，将合金熔体上层不同于金属熔体的液体倒出，再将剩余铝合金熔体倒入冷却模具中，冷却后即得Al-15wtTa中间合金。

以上所述Al-50wt.%Zn中间合金，Al-50wt.%Cu中间合金，Al-40wt.%Mg中间合金可在市场购得。

本发明提供的铸造铝-锌-镁-铜-钽合金无论是铸态还是热处理态，钽元素都能明显提高合金的强度性能。可根据实际使用中的强度等性能要求，选择铸态或热处理态的合金。