一种超高强耐腐蚀7系Al-Zn-Mg-Cu铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强耐腐蚀7系Al

【技术实现步骤摘要】
一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超高强7系铝合金材料，具体涉及一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金及其制备方法，属于合金


技术介绍

[0002]7系铝合金因其轻质、高强的独特优点，而受现代工业如航空航天、军工、基建等工业工程青睐。作为一种重要的工业结构材料，7系铝合金的强化与低成本化一直都是科学与工程领域中不断追求与完善的目标之一，同时也是各铝合金加工制造企业不断创新发展的动力之一。
[0003]随着工业的不断发展，材料设备所服役的介质环境越来越复杂与苛刻，在外界载荷的作用下，材料易受到各种不同程度的损伤。而7系超高强铝合金一般用于航空航天，轨道交通和海洋运输等领域的结构件中，一开始7系铝合金作为结构件设计以高强度为主导思想，因此在对铝合金材料的要求中更注重的是提高合金的强度。但在实际生产实践中，腐蚀作为一个自发进行的过程，普遍存在现代工业中。针对我国航空航天发射器部分是在海南发射，而设备在发射前期都必须在沿海的海洋环境中储存；更有甚者，在船舶运输业中也有大量使用7系铝合金的结构件材料。而在海洋大气环境中，存在大量的Cl
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和水汽，加上海洋附近气温较高，合金容易发生腐蚀进而导致材料失效。虽然铝合金表面会在空气中氧化并形成一层氧化膜，但在海洋大气环境条件下，空气湿度大，全年大气温度在25℃以上，并且大气中存在大量活性很强的氯离子，当水汽附着在合金表面电离出H
+
离子，在这种酸性条件下，氯离子能加速破环铝合金表面的钝化膜，引起材料的局部腐蚀，进而引起材料的全面腐蚀和应力腐蚀开裂等情况。对于Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金而言，局部腐蚀的萌生和发展更为隐蔽和快速，特别是针对7系铝合金这些结构件和承力件有着显著的影响。对于七系的结构件和承力件而言，在优化其耐蚀性时，一般要求尽量保留其超高强的抗拉强度。在目前铝合金的防腐措施中，一种是通过调控合金内的晶界和晶内析出相分布、数量和尺寸等改善合金的耐蚀性能，这种方法一般需要通过改变铝合金的时效工艺来实现。例如双级时效和回归再时效，但这种时效方式均会使合金的强度有不同程度的降低，并且工艺过程较为复杂，工艺参数较多且难以控制。另一种防腐方式则是通过在合金表面施加防腐涂层或者阳极保护法等方式缓蚀来延长合金寿命，但该方式成本较高且有些环境不能施加这些措施。因此，如何尽量在保证7系合金热处理工艺尽量简单，节约生产成本的情况下，又能显著提升合金的耐蚀性是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金。该铝合金通过各组成元素之间的协同作用，提升Zn和Mg的含量，降低Cu的含量，大幅提高材料的力学强度，经测试，该合金材料的抗拉强度最高可达750MPa，屈服强度最高可达700MPa。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金的制备方法，该方法基于冷变形处理和热处理工艺之间的协同作用，极大降低腐蚀电位，降低了晶界析出相和基体之间的电位差，进而降低了腐蚀的驱动力，延缓了腐蚀速率，从而在保证铝合金板材力学强度的前提下，大幅提升其耐蚀性能。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金，所述铝合金包括以下质量百分比组分：Zn 9.00～10.00wt.％，Mg 2.00～3.20wt.％，Cu1.00～3.00wt.％，Zr 0.13～0.30wt.％，Ti0.05～0.15wt.％，Fe 0.01～0.10wt.％和Si 0.001～0.10wt.％，余量为Al。
[0007]本专利技术所提供的Al
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Zn
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Mg
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Cu系合金之所以能够实现强度级别的跨越与主合金元素的含量有直接关系，其中，提升Zn元素的含量并在此基础上优化Mg，Cu的比例能显著提升7系铝合金的强度。一方面，Zn和Mg元素含量的上升能极大促进强化相η
′
相和η相的析出并且提高合金基体内沉淀析出相的密度，从而提升合金强度，另一方面，适当提高Zn/Mg的比值能降低合金的淬火敏感性和提高合金的屈服强度，低Cu含量在提升合金耐蚀性的同时有效降低了合金的生产成本，合金的综合性能达到最佳。因此，只有在本专利技术的要求范围内，在保证了合金的高强度基础上，合金的淬火敏感性降低并拥有较高的屈服强度，大幅提升合金的综合性能。
[0008]作为一项优选的方案，所述铝合金包括以下质量百分比组分：Zn 9.40～9.80wt.％，Mg 2.20～3.00wt.％，Cu 1.00～1.50wt.％，Zr 0.13～0.20wt.％，Ti0.05～0.10wt.％，Fe0.01～0.02wt.％和Si 0.001～0.01wt.％，余量为Al。
[0009]作为一项优选的方案，所述铝合金由以下质量百分比组分组成：Zn 9.42％，Mg 2.84％，Cu 1.13％，Zr 0.23％，Ti0.05％，Fe≤0.02％和Si≤0.01％，余量为Al。
[0010]作为一项优选的方案，所述铝合金板材的抗拉强度为720～750MPa，屈服强度为670～700MPa，延伸率为6.0～7.5％。
[0011]本专利技术还提供了一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金的制备方法，将包括Zn，Mg，Cu，Zr，Ti和Al在内的原料经半连续铸造得到基材铸锭；基材铸锭经均匀化处理、挤压处理和固溶处理后沿材料挤压方向进行形变量为2～6％的冷变形处理，再通过时效热处理，即得。
[0012]本专利技术所提供的制备方法首先通过提高Zn和Mg的添加量，降低Cu的添加量，得到高强度的铝合金板材，再利用冷变形处理和热处理的协同作用，在保证材料力学强度的前提下，大幅改善材料的耐腐蚀性能，尤其是在高盐度，高酸碱度的环境下的抗腐蚀性能，提高铝合金材料对于环境的适应性。
[0013]作为一项优选的方案，所述冷变形处理的形变量为2％。
[0014]作为一项优选的方案，所述均匀化处理的条件为：温度为440～450℃，时间为16～24h。
[0015]作为一项优选的方案，所述挤压处理的过程为：将经过均匀化处理后的铸锭在420～450℃下保温2～4h，再进行挤压，挤压速率为0.3～0.5m/min。
[0016]作为一项优选的方案，所述挤压处理的挤压比为60本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金，其特征在于：包括以下质量百分比组分：Zn 9.00～10.00wt.％，Mg 2.00～3.20wt.％，Cu 1.00～3.00wt.％，Zr 0.13～0.30wt.％，Ti0.05～0.15wt.％，Fe 0.01～0.10wt.％和Si 0.001～0.10wt.％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金，其特征在于：包括下质量百分比组分：Zn 9.40～9.80wt.％，Mg 2.20～3.00wt.％，Cu 1.00～1.50wt.％，Zr 0.13～0.20wt.％，Ti0.05～0.10wt.％，Fe 0.01～0.02wt.％和Si 0.001～0.01wt.％，余量为Al。3.根据权利要求1或2所述的一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金，其特征在于：所述铝合金板材的抗拉强度为720～750MPa，屈服强度为670～700MPa，延伸率为6.0～7.5％。4.权利要求1～3任意一项所述的一种超高强耐腐蚀7系Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合金的制备方法，其特征在于：将包括Zn，Mg，Cu，Zr，Ti和Al在内的原料经半连续铸造得到基材铸锭；基材铸锭经均匀化处理、挤压处理和固溶处理后沿材料挤压方向进行形变量为2～6％的冷变形处理，再通过时效热处理，即得。5.根据权利要求4所述的一种超高强耐腐蚀7系Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜锋，龙梦君，许栩达，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：