一种耐蚀可强化的稀土铝合金

摘要

本发明涉及稀土合金材料领域,特别涉及种耐蚀可强化的稀土铝合金。本发明所设计的稀土铝合金,利用合金中常规的金属元素的特点和作用,通过适量比例与用量稀土元素Sc和Er的协同作用,得到耐蚀性好、力学性能优越的,耐蚀可强化铝合金。本发明所设计的Al‑Mg‑Si系铝合金的抗拉强度可达到224.6MPa,且断后伸长率为19.3%,耐腐蚀率为2.34×10g/mm。本发明组份设计合理,性价比高,制备工艺简单,便于大规模的工业化应用。

权利要求

1.一种耐蚀可强化的稀土铝合金；其特征在于以原子百分比计包括下述组分：

Mg 0.67%、Si 0.39%、Fe 0.12%、Mn 0.05%、Cu 0.05%、Cr 0.04%、Ti 0.04%、Er0. 05%、Sc 0.1%，其余为Al；

所述稀土铝合金先在480℃处理6小时，然后在540℃处理6小时，风冷，接着在150℃人工时效24小时；得到屈服强度为183.5 MPa、抗拉强度为224.6MPa、断后伸长率为19.3%；耐腐蚀率为2.34×10-5 g/mm2的成品。

说明书

一种耐蚀可强化的稀土铝合金

技术领域

[0001] 本发明涉及稀土合金材料领域，特别涉及一种耐蚀可强化的稀土铝合金。技术背景

[0002] 我国铝资源丰富，铝及铝合金的强度高且密度小，具有良好的导热导电性，且易形成致密的氧化铝薄膜而得到良好的耐腐蚀性，铝及铝合金在工业上应用广泛。Al-Mg-Si系铝合金不仅具有良好的工艺性、优良的耐蚀性及适中的强韧性，而且很易氧化着色，可广泛用于工业型材及建筑型材。

[0003] 现有的Al-Mg-Si系铝合金具有诸多优良的特性，但仍难以满足人们对该系铝合金在某些特殊环境和条件下的更加苛刻的新要求，如良好的变形能力以便进行深冲加工、更高的强度和更突出的耐蚀性确保材料的安全应用等。在现有技术中，已有很多关于Sc、Er单独强化铝合金的记载，但是到目前为止，还未见通过调整组分并配合适当Sc、Er比例来强化铝合金的报道。

发明内容

[0004] 本发明在探索过程中，无意间发现了当Sc、Er原子比为0.2～1:1时，所得材料性能尤为突出。基于此，提出了一种杂质含量少、组织均匀细小、成本低且实用性强的稀土铝合金，这种合金具有耐蚀可强化的特点。

[0005] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；这种耐蚀可强化的稀土铝合金，合金中含有常规的金属元素Mg、Si、Fe、Mn、Cu、Cr和Ti，以及Er和Sc两种稀土元素，余量是Al以及不可避免的杂质元素；合金可通过热处理软化或强韧化改变材料的性能。

[0006] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；以原子百分比计包括下述组分：

[0007] Mg 0.55～0.80；Si 0.30～0.45；Fe 0.05～0.15；

[0008] Mn 0～0.05；Cu 0～0.05；

[0009] Cr 0～0.05；Ti 0～0.05；

[0010] Er 0.01～0.3；Sc 0.01～0.3，其余为Al；且Er：Sc＝0.1～5:1。

[0011] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；以原子百分比计可优先为下述组分：Mg 0.55～0.75；Si 0.30～0.42；Fe 0.05～0.12；

[0012] Mn 0.02～0.05；Cu 0.02～0.05；

[0013] Cr 0.02～0.04；Ti 0.02～0.04；

[0014] Er 0.02～0.1；Sc 0.02～0.1，其余为Al；且Er：Sc＝0.2～1:1。

[0015] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；以原子百分比计可进一步优先为下述组分：

[0016] Mg 0.6～0.75；

[0017] Si 0.30～0.42；

[0018] Fe 0.1～0.12；

[0019] Mn 0.03～0.05；

[0020] Cu 0.03～0.05；

[0021] Cr 0.03～0.04；

[0022] Ti 0.03～0.04；

[0023] Er 0.02～0.06；

[0024] Sc 0.04～0.1，其余为Al；且Er：Sc＝0.25～0.6:1。

[0025] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；C含量不高于0.1wt％，O含量不高于0.1wt％，N含量不高于0.1wt％，以及其余杂质元素的总含量不高于0.1wt％。

[0026] 作为优选，本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金：C含量不高于0.04wt％，O含量不高于0.04wt％，N含量不高于0.04wt％，以及其余杂质元素含量不高于0.04wt％。

[0027] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；所述稀土铝合金经软化处理，得到软化处理试样；所述软化处理的温度为540～560摄氏度，软化处理后风冷或水冷。

[0028] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；软化处理前可在400～480摄氏度保温0.5～6小时后再进行软化处理。

[0029] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；软化处理后再进行人工时效处理。时效温度为150～250摄氏度，时效时间为1～24小时。

[0030] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；人工时效所得样品的屈服强度大于等于145MPa、抗拉强度大于等于175MPa、断后伸长率大于等于18.9％。

[0031] 本发明一种耐蚀可强化的稀土铝合金；当所述稀土铝合金；以原子百分比计由下述组分组成：Mg 0.67％、Si 0.39％、Fe 0.12％、Mn 0.05％、Cu 0.05％、Cr 0.04％、Ti 0.04％、Er0.05％、Sc 0.1％，其余为Al时，控制软化前在480℃处理6小时，然后在540℃处理6小时，风冷，接着在150℃人工时效24小时；得到屈服强度为183.5MPa、抗拉强度为
224.6MPa、断后伸长率为19.3％。耐腐蚀率为2.34×10-5g/mm2的成品。

[0032] Al-Mg-Si系合金作为热处理可强化合金，不同合金元素在Al-Mg-Si系合金中有不同的作用。Mg和Si主要形成Mg2Si相，一定量的Mg和Si，起到突出的可热处理强化的效果。Mn固溶强化效果好，并对合金的耐腐独性、冲击朝性和弯曲性能也有提升。Cu可以显著提高合金在热加工时的塑性，并且还能对热处理强化效果有加强作用，降低合金因添加Mn所处的各向异性。Cr与Mn的作用类似，且对人工时效时的强化相析出有利。Ti使铸锭的柱状晶组织明显的减少，改善合金的锻造性能，细化合金的晶粒。合金中含有Fe时，能使制品表面阳极氧化处理后的色泽发生变化。本发明充分利于合金中这些常规的金属元素Mg、Si、Fe、Mn、Cu、Cr和Ti的特点和作用，合理设计这些组元的成分。

[0033] 本发明经各组分的协同作用，尤其是在Sc、Er原子比为0.2～1:1(尤其是0.25～0.6:1)于适量其他组分的协同用下，取得了意向不到的效果，其具体表现在，所设计的合金的抗拉强度可达到224.6MPa，且断后伸长率为19.3％，耐腐蚀率为2.34×10-5g/mm2(80小时盐雾腐蚀后单位表面积腐蚀前后样品的重量减少量)，而其软化状态的抗拉强度为
167.4MPa，且断后伸长率为23.5％，表现出良好的耐蚀可强化的效果。

具体实施方式

[0034] 1-6#合金中合金元素的含量如表1所示，所用的原材料均为99.8％以上的纯金属或中间合金，采用熔炼的方法得到铸锭。铸锭经杂质元素分析，结果如表2所示。铸锭经软化处理时，其软化处理工艺见表3，冷却方式为风冷处理，样品软化状态记为O态。铸锭经强韧化处理时，经表3所示的软化处理工艺处理后再进行人工时效处理，人工时效处理工艺见表4，样品状态记为T6态。合金不同热处理状态的性能测试结果如表5所示。其中，T62态的样品在YL-40C盐雾试验箱进行盐雾试验，盐水为4％的NaCl溶液，环境温度为30℃，采用周期性喷雾80h，试样的承雾角度为45°，耐蚀性ω为单位表面积腐蚀前后样品的重量减少量。

[0035] 表1 1-6#合金的合金元素的含量(原子百分比)

[0036]合金 Mg Si Fe Mn Cu Cr Ti Er Sc
1# 0.80 0.45 0.15 0 0 0 0 0.01 0.01
2# 0.67 0.39 0.12 0.05 0.05 0.04 0.04 0.05 0.1
3# 0.67 0.39 0.12 0.03 0.03 0.03 0.03 0 0.15
4# 0.67 0.39 0.12 0.03 0.03 0.03 0.03 0.15 0
5# 0.67 0.39 0.12 0.03 0.03 0.03 0.03 0 0
6# 0 0.30 0 0.05 0.05 0.05 0.05 0.4 0.003

[0037] 表2 1-6#合金的杂质含量分析结果(质量百分比)

[0038]合金 O C N 其它杂质
1# 0.035 0.038 0.012 0.021
2# 0.012 0.020 0.008 0.015
3# 0.032 0.034 0.011 0.018
4# 0.009 0.012 0.006 0.012
5# 0.076 0.112 0.045 0.056
6# 0.008 0.010 0.006 0.010

[0039] 表3软化处理工艺

[0040]

[0041] 表4人工时效处理工艺

[0042]

[0043] 表5合金不同热处理状态的性能测试结果

[0044]

[0045] 通过2#T62试样与3#T62试样、4#T62试样、5#T62试样、6#T62试样的对比可以看出本发明起到了意料不到的效果。