[发明专利]具有阻燃能力的Al‑Li‑Cr合金

说明书

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝锂合金。

背景技术

Li是最轻的金属元素，当加入铝中时就形成了铝锂合金。每加入1wt.%的Li，可使铝合金密度降低3%，模量提高6%。铝锂合金同其它合金材料相比，具有以下特点：(1)密度小。铝锂合金的密度接近2.3-2.4g/cm³,约为铁或铜的1/3。(2)强度高。经过一定程度的冷加工可强化铝锂合金,部分铝锂合金还可以通过热处理进行强化处理。(3)导电性好。铝锂合金的导电性能仅次于银、铜和金。(4)耐蚀性好。铝锂合金的表面易自然生成一层致密牢固的氧化铝保护膜，能很好的保护基体不受腐蚀。(5)易加工。添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝锂合金或加工塑性好的变形铝锂合金。

铝锂合金主要为飞机和航空航天设备的减重而研制的，因此也主要应用于航空航天领域，核反应堆用材，坦克穿甲弹，鱼雷和其它兵器结构件方面，此外在汽车、机器人等领域也有充分运用。铝锂合金在军用飞机、民用客机和直升飞机上使用，主要用于机身框架、舱门、燃油箱等等。此外，飞机的机身蒙皮、长桁、地板梁、座椅滑轨、边界梁、客舱地板支撑立柱等部件也使用铝锂合金，其机体结构重量占比达到7.4%，获得综合减重7%的收益。一般而言，如果采用先进铝锂合金取代传统铝合金制造飞机，结构质量可以减轻14.6%，燃料节省5.4%，飞机成本下降2.1%，每架飞机每年的飞行费用将降低2.2%。战斗机质量若减轻15%，则可缩短飞机滑跑距离15%，增加航程20%，提高有效载荷30%。因此，发展铝锂合金，在航空航天和国防领域具有重要的意义。

锂由于很容易和大气中的氧和氮反应生成化合物而产生燃烧和爆炸，因而铝锂合金冶炼工艺的关键就是阻燃。铝锂合金的防燃最早使用的是熔剂保护，一般采用低熔点的氯盐。但由于其密度大，随时间的延长会不断沉降，因此覆盖作用不能持久。部分熔剂作为熔渣残留在合金液中形成夹杂物，降低合金的力学性能。气体保护是国外当前普遍采用的防燃方法，常用的气体为SF6。但SF6是一种很强的产生温室效应的气体，在人类对环境质量重新审视和全球正为减少温室效应而不懈努力的今天，SF6保护熔炼技术受到了巨大的挑战。

解决铝锂合金在熔炼时燃烧的最先进途径是通过合金化的方法达到阻燃目的。所谓阻燃铝锂合金，即指通过合金化的方法，使铝锂合金在熔炼过程中在熔体表面自动生成一层保护性的氧化膜，阻止熔体的进一步氧化、燃烧。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的抗燃烧性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终的铝锂合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用铝锂合金的力学性能水平。较早有报道，在铝锂合金中添加Be和Ca能显著提高铝锂合金的抗氧化性能，但Be有剧毒，且过量的Ca会严重损害铝锂合金的力学性能，极大地限制了Be和Ca在阻燃铝锂合金的工业化应用。

本发明提供了一种具有在700-800度之间熔炼时具有抗燃烧性能的Al-Li-Cr铝锂合金，且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有现有铝锂合金的力学性能，和良好的室温塑性，又有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能。同时，该抗燃烧Al-Li-Cr铝锂合金材料具有良好的铸造性能，适合于薄壁零件的保护气氛下的压力铸造，特别是适合铸造要求具备轻量化特征的轻型结构材料，具有巨大的市场前景。该Al-Li-Cr铝锂合金冶炼加工方法简单，生产成本比较低，降低了对设备的要求。在保证具备阻燃性的同时，也使得合金使用寿命和高温下力学性能有了进一步提高。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有阻燃性的Al-Li-Cr铝锂合金及其加工工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有在700-800度之间熔炼时具有抗燃烧性能的Al-Li-Cr铝锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li: 2.0-8.0wt.%, Cr: 1.0-4.0wt.%,Ca: 2.0-3.0wt.%,Sr: 4.0-6.0wt.%, Y: 1.0-2.0wt.%, Gd: 0.5-1.5wt.%, Yb: 0.5-1.0wt.%，B: 1.5-3.0wt.%，余量为铝。该铝锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在2.0-5.0wt.%左右。