[发明专利]一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金及其制备方法

说明书

本发明涉及铝合金材料，具体涉及一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金及其制备方法。本发明向Al‑Zn‑Mg合金中同时引入的原位纳米陶瓷颗粒和稀土元素可有效细化晶粒、显著提高合金的强韧性，且晶内/晶界分布的稀土纳米析出相和原位纳米颗粒还可显著提高合金的再结晶温度并有效抑制动态回复、减少合金元素的回溶，提高合金的可焊性。

技术领域

本发明涉及铝合金材料，具体涉及一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金及其制备方法。

技术背景

Al-Zn-Mg系铝合金为可通过热处理来强化的中高强铝合金，其比强度高，成型和可焊性能好，广泛应用于航空航天，轨道交通，军事装备等领域，尤其是高速列车的制造，其重要承力部件大量运用Al-Zn-Mg系铝合金。然而目前仅靠合金化来提高强度已接近极限且可焊性差，无法满足对铝合金性能日益增长的需求，因此需要寻求一种新的铝合金强化方法。

目前强化铝合金的方法有引入陶瓷颗粒或者添加适量稀土元素等。申请号为“CN201811286812.1”的发明专利报道了“一种原位双相纳米颗粒增强铝基复合材料的制备方法”，此方法采用熔体直接反应法在铝合金中原位合成ZrB₂+Al₂O₃颗粒，形成双相颗粒增强铝基复合材料，然而由于纳米颗粒本身团聚，复合材料性能会因此受到影响，双相纳米颗粒的引入也没有很好的解决这个问题。申请号为“CN202011069290.7”的发明专利报道了“一种铝合金材料及其制备方法”，这种方法向铝合金中混合添加稀土Ce+Tb，来提升铝合金的机械性能、抗腐蚀性能、压铸性能、可焊性能、耐磨性和导热性，然而由于稀土添加过量反而会使材料性能恶化，少量的稀土强化效果有限，铝合金综合性能有待进一步提高。

因此开发一种新的铝合金强化方法有效提升铝合金综合性能具有广泛的应用前景，对铝合金及复合材料领域发展有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提出一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金及其制备方法。所述铝合金材料在保留其轻质高强的特点的同时，韧性也得到了提升，可焊性显著加强，有效改善了单一强化方法带来的弊端。

本发明向Al-Zn-Mg合金中同时引入的原位纳米陶瓷颗粒和稀土元素可有效细化晶粒、显著提高合金的强韧性，且晶内/晶界分布的稀土纳米析出相和原位纳米颗粒还可显著提高合金的再结晶温度并有效抑制动态回复、减少合金元素的回溶，提高合金的可焊性。

本发明通过以下技术手段实现上述目的。

一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金，其特征在于：以Al-Zn-Mg系铝合金为基体，通过成分调控，原位纳米陶瓷颗粒强化、细化，稀土微合金化，以及声磁场调控复合和超声半连铸技术，制备晶内均匀分布纳米Al₃(Er+Zr)、Al₃(Sc+Zr)、Al₃Y稀土析出相，晶界包含大量原位纳米ZrB₂、Al₂O₃、TiB₂陶瓷颗粒的高强韧可焊接原位纳米强化稀土铝合金材料。

所述铝合金的化学成分按照质量百分比计算为:Zn：5-7，Mg：2-3，Mn：0.7-0.8，Cr：0.1-0.2，Cu：0.2-0.3，Zr：1.5-8，Ti：1.5-8，B：0.4-5，O：0.2-2，Er：0.05-0.3，Sc：0.05-0.3，Y：0.1-0.5，其余为Al。

一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：

(1)在声磁场调控下原位生成纳米陶瓷颗粒；

(2)待反应完全后，再补入其余金属元素和稀土元素；

(3)通过超声半连铸获得成分均匀，纳米陶瓷颗粒晶内/晶界分布可控的铝合金铸锭；