[发明专利]一种含钪和铒的高强、高塑性耐蚀铝合金及其制备方法

说明书

本发明是一种含钪和铒的高强、高塑性耐蚀铝合金及其制备方法，该合金成分的重量百分比为：Zn：8.0～8.5；Mg：1.2～1.5；Zr：0.10～0.15；Sc：0.08～0.12；Er：0.08～0.12；Fe≤0.15；Si≤0.1；Mn≤0.05；Cr≤0.05；Ti≤0.05；杂质总量≤0.15；Al余量；合金的制备工艺为DC熔铸+大变形量/少道次热轧+高温双级固溶+预拉伸+T76双级时效处理工艺。本发明将Al‑Zn‑Mg合金中复合添加0.1％Sc+0.1％Er，T7651状态下，在保持Al‑Zn‑Mg合金强度的同时，屈服强度和伸长率分别可达585MPa，566MPa和15.2％。

技术领域

本发明是一种含钪和铒的高强、高塑性耐蚀铝合金及其制备方法，属于金属材料制造技术领域。

背景技术

近些年，随着中国空军、海军的快速转型和不断发展，近海区域和海上制空权对于国家的意义越发重要。因此，新型适应近海区域以及海洋性作战气候的飞机的研发任务显得尤为紧迫，在此背景下，针对合金材料的强度和耐腐蚀性能，均提出了更加严苛的要求，而作为飞机基体主结构材料的铝合金也必须适应这一需求的变化。

传统的高强铝合金(7000系)普遍存在不同程度的耐腐蚀性能不足和延伸率一般的问题，随着合金系列化的不断拓展(Al-Zn系→Al-Zn-Mg系→Al-Zn-Mg-Cu系)，Cu元素的加入使得合金的强度进一步提高，但是延伸率和耐腐蚀性能进一步下降，比如T74状态下的7050铝合金厚板的抗拉和屈服强度虽然分别超过了510MPa和440MPa，但是延伸率仅在8％左右，剥落腐蚀性能仅为E_B级。因此，针对高强铝合金，如何在提高合金延伸率的同时，提高其耐腐蚀性能，一直是科研工作者们努力的方向。近些年来，在7000系铝合金的稀土元素微合金化成为研究热点之一，但是目前主要集中在Al-Zn系和Al-Zn-Mg-Cu系，针对Al-Zn-Mg系的研究较少。

据资料记载：《材料研究学报》杂志2018年2月第32卷第3期曾刊载了一篇学术论文《添加Sc对7055铝合金微观结构和力学性能的影响》。论文中指出：在7055铝合金中加入0.25％的Sc元素后，合金经过热轧、固溶、淬火和T6时效后，生成的初生Al₃(Sc,Zr)相促进了非均质形核作用，显著的细化了组织，并在后续变形和热处理工程中发挥了重要的晶界钉扎和抑制再结晶晶粒长大作用，使得合金板材的抗拉强度从624MPa提高至642MPa，显微硬度从209HV提高至218HV，但延伸率却从11％降低至8％。但是，Sc元素的加入并未对合金的延伸率起到正向作用，反而出现了衰减，而且大量的Sc元素的添加(≥0.2％)也会相应的提高合金板材制备成本；与此同时，文中并未对合金板材的抗腐蚀性能进行阐述。《金属热处理》杂志2018年2月第43卷第2期曾刊载了一篇学术论文《Sc及回归在时效处理对7075铝合金抗应力腐蚀性能的影响》。论文中指出：在7075铝合金中添加0.23％的Sc元素，并对合金进行挤压、固溶、淬火和RRA时效处理后，合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别可达606MPa、560MPa和6.8％，抗应力腐蚀性能得到一定程度的提升。但是，该合金的延伸率较低，同时大量的Sc元素的添加(≥0.2％)同样会相应的提高合金挤压材的制备成本。专利《一种低Sc高强高韧高淬透性铝锌镁系合金及制备方法》(CN108456812A)公开了一种低Sc含量高强高韧高淬透性铝锌镁系合金及制备方法。发明内容包括合金成分，铸造、均匀化、热加工和热处理方法，通过Cr和Mn元素部分替代Sc元素，使得合金的力学性能有所提高的同时，淬透性也得到显著的提升，制造成本下降了45％。专利《一种抗腐蚀铝合金》(CN106756327A)公开了一种抗腐蚀铝合金，主合金成分为Al-Zn-Mg-Cu-V-Sc-Zr，抗拉和屈服强度达到400MPa以上，晶间腐蚀在2级以内，具有较好的耐腐蚀性能。上述研究方向均集中在了Al-Zn-Mg-Cu系和Sc元素的单一微合金化，合金的问题主要体现在延伸率不足、耐蚀性不足和成本较高三个方面，所述成果均无法满足现阶段近海区域或海洋性气候空海军对于武器装备用金属材料的要求。