本发明属于铝合金
技术领域：
，具体是涉及一种船舶用高强耐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术：
：建设海洋强国，提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，维护国家海洋权益，是我国的重大发展战略。船舶、舰艇是建设海洋强国的重要保障。船舶、舰艇的传统材料主要是钢铁材料，钢铁材料虽有强度高的优点，但重量大，耐腐蚀性能较差，导致船舶、舰艇的重量大，机动性差、运载能力低和维护成本高。铝合金具有重量轻、成形加工性好、耐腐蚀等优点，采用铝合金材料代替现有的钢铁材料，可以显著减轻船舶和舰艇的重量，提高船舶和舰艇的机动性、运载能力，降低维护成本。5000系铝合金属于不可热处理强化型的中强度铝合金，具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能。但目前常用的5000系铝合金，如5005、5052、5083等，虽有耐腐蚀性能和焊接性能优良的优点，但其强度仍然偏低，无法满足船舶和舰艇的轻量化发展要求。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种强度高、塑性好、耐腐蚀、焊接性能优良的船舶用高强耐蚀铝合金及其制备方法。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金，其特点是由以下成分及质量百分比组成：Mg4.5～5.0%，Mn0.5～1.0%，Si0.1～0.3%，Li0.1～0.3%，Zr0.02～0.03%，C0.004～0.006%，Re0.1～0.3%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分组成及质量百分比为：Pr16.3%，Nd23.4%，Pm10.2%，Sm16.5%，Eu14.9%，Gd18.7%。优选的，本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金，由以下成分及质量百分比组成：Mg4.8%，Mn0.8%，Si0.2%，Li0.2%，Zr0.025%，C0.005%，Re0.2%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分组成及质量百分比为：Pr16.3%，Nd23.4%，Pm10.2%，Sm16.5%，Eu14.9%，Gd18.7%。本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用工业纯铝锭、纯镁锭、速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金、Al5Zr1C合金和混合稀土Re作为原材料；第二步：将铝锭在720～760℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.5～5.0%的镁锭、0.1～0.3%的速溶硅、2.5～5%的Al20Mn合金和0.5～1.5%的Al20Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.4～0.6%的Al5Zr1C合金和0.1～0.3%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700～740℃并静置1～2小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在480～500℃固溶处理2～3小时，水淬后，在130～150℃时效处理4～8小时，随炉冷却后得到船舶用高强耐蚀铝合金。本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明船舶用高强耐蚀铝合金的室温抗拉强度大于400MPa，屈服强度大于370MPa，伸长率大于13%，具有强度高、塑性好、耐腐蚀、焊接性能优良的特点，适合于制造船舶、舰艇等海上交通运输工具用铝合金管材、棒材和型材，具有广阔的市场应用前景。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明作进一步的详细说明。本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金，由以下成分及质量百分比组成：Mg4.5～5.0%，Mn0.5～1.0%，Si0.1～0.3%，Li0.1～0.3%，Zr0.02～0.03%，C0.004～0.006%，Re0.1～0.3%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。优选的，所述船舶用高强耐蚀铝合金的成分及质量百分比组成为：Mg4.8%，Mn0.8%，Si0.2%，Li0.2%，Zr0.025%，C0.005%，Re0.2%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。所述Re的成分组成及质量百分比为：Pr16.3%，Nd23.4%，Pm10.2%，Sm16.5%，Eu14.9%，Gd18.7%。其中，Mg是本发明船舶用高强耐蚀铝合金的主要合金元素，Mg在铝合金中溶解度很大，主要起固溶强化作用，另外，Mg在本发明铝合金的时效处理过程中形成强化效果极为显著的Mg2Si相，增强铝合金的强度。随着Mg含量的增加，铝合金的强度越高。但Mg含量太高，铝合金铸锭的热裂倾向和塑性也会下降，成形加工性能变坏。为了确保铝合金具有足够的强度、塑性和成形加工性能，Mg含量选择为4.5～5.0%，优选的，Mg含量为Mg4.8%。Mn在本发明船舶用高强耐蚀铝合金中可形成MnAl6化合物弥散质点，能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。Mn在铝合金中还能溶解杂质Fe，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响，提高铝合金的抗腐蚀性能和焊接性能。但Mn含量太高也容易引起元素偏析，因此，选择添加0.5～1.0%的Mn，优选的，Mn含量为0.8%。Li是最轻的金属元素，在船舶用高强耐蚀铝合金中加入Li，首先可以降低铝合金的密度，提高铝合金的比强度和比刚度，达到轻量化的效果。其次，Li在时效过程还会析出纳米尺寸的Al3Li、Al2MgLi等强化相，这些强化相可钉扎位错、亚晶及晶界，抑制合金再结晶，提高铝合金的强度、塑性和焊接性能，添加0.1～0.3%的微量Li即可对铝合金产生明显的强化效果，优选的，Li添加量为0.2%。Zr、C是以Al5Zr1C合金的形式加入到铝合金中，Al5Zr1C合金是由氟锆酸钾和碳粉的混合物与铝液反应得到，内部含有大量的ZrC粒子。Al5Zr1C合金是一种新型的铝合金晶粒细化剂，发明人的大量实验证明，Al5Zr1C合金比现有的Al5Ti1B和Al5Ti1C合金具有更强的晶粒细化能力，添加0.4～0.6%的Al5Zr1C合金，铝合金中含有0.02～0.03%的Zr和0.004～0.006%的C，可显著细化铝合金的晶粒，改善铝合金的组织均匀性，提高铝合金的塑性变形能力，优选的，Al5Zr1C合金添加量为0.5%，铝合金中含有0.025%的Zr和0.005%的C。Re是含有Pr、Nd、Pm、Sm、Gd共5种轻稀土元素的混合稀土，轻稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、铁、锌、铜、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素的有害影响，同时稀土元素还可以提高铝合金的腐蚀电位并在铝合金表面形成致密的稀土氧化膜，提高铝合金抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀的能力。发明人的实验研究表明，添加含有Pr、Nd、Pm、Sm、Gd共5种轻稀土元素的混合轻稀土的效果比添加一种或少数几种轻稀土元素的效果都更好，因此，选择添加0.1～0.3%的混合稀土，优选的，混合稀土添加量为0.2%。本发明还提供了所述船舶用高强耐蚀铝合金的制备方法，具体包括以下步骤：第一步：选用工业纯铝锭、纯镁锭、速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金、Al5Zr1C合金和混合稀土Re作为原材料；第二步：将铝锭在720～760℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.5～5.0%的镁锭、0.1～0.3%的速溶硅、2.5～5%的Al20Mn合金和0.5～1.5%的Al20Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.4～0.6%的Al5Zr1C合金和0.1～0.3%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700～740℃并静置1～2小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在480～500℃固溶处理2～3小时，水淬后，在130～150℃时效处理4～8小时，随炉冷却后得到船舶用高强耐蚀铝合金。本发明的制备方法，选用工业纯铝锭、纯镁锭、速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金、Al5Zr1C合金和混合稀土Re作为原材料，通过优化主合金元素Mg的含量，添加速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金进行微合金化，经精炼除气、除渣后，再加入Al5Zr1C合金和混合稀土Re，能够充分发挥Al5Zr1C合金和混合稀土Re对铝合金液的晶粒细化和深度净化作用，确保本发明船舶用高强耐蚀铝合金获得高强度、高塑性和优良的耐腐蚀性能和焊接性能。为了更详尽的描述本发明船舶用高强耐蚀铝合金及其制备方法，以下列举几个实施例作更进一步的说明。实施例1：本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金，由以下成分及质量百分比组成：Mg4.5%，Mn0.5%，Si0.1%，Li0.1%，Zr0.02%，C0.004%，Re0.1%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分组成及质量百分比为：Pr16.3%，Nd23.4%，Pm10.2%，Sm16.5%，Eu14.9%，Gd18.7%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用工业纯铝锭、纯镁锭、速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金、Al5Zr1C合金和混合稀土Re作为原材料；第二步：将铝锭在720℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.5%的镁锭、0.1%的速溶硅、2.5%的Al20Mn合金和0.5%的Al20Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.4%的Al5Zr1C合金和0.1%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700℃并静置2小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在500℃固溶处理2小时，水淬后，在130℃时效处理8小时，随炉冷却后得到船舶用高强耐蚀铝合金。实施例2：本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金，由以下成分及质量百分比组成：Mg4.8%，Mn0.8%，Si0.2%，Li0.2%，Zr0.025%，C0.005%，Re0.2%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分组成及质量百分比为：Pr16.3%，Nd23.4%，Pm10.2%，Sm16.5%，Eu14.9%，Gd18.7%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用工业纯铝锭、纯镁锭、速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金、Al5Zr1C合金和混合稀土Re作为原材料；第二步：将铝锭在740℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.8%的镁锭、0.2%的速溶硅、4%的Al20Mn合金和1%的Al20Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣，再加入占原材料总重量为0.5%的Al5Zr1C合金和0.2%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至720℃并静置1.5小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490℃固溶处理2.5小时，水淬后，在140℃时效处理6小时，随炉冷却后得到船舶用高强耐蚀铝合金。实施例3：本发明所述的船舶用高强耐蚀铝合金，由以下成分及质量百分比组成：Mg5.0%，Mn1.0%，Si0.3%，Li0.3%，Zr0.03%，C0.006%，Re0.3%，Fe≤0.15%，Cr≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述Re的成分组成及质量百分比为：Pr16.3%，Nd23.4%，Pm10.2%，Sm16.5%，Eu14.9%，Gd18.7%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用工业纯铝锭、纯镁锭、速溶硅、Al20Mn合金、Al20Li合金、Al5Zr1C合金和混合稀土Re作为原材料；第二步：将铝锭在760℃加热熔化，并加入占原材料总重量为5%的镁锭、0.3%的速溶硅、5%的Al20Mn合金和1.5%的Al20Li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣，再加入占原材料总重量为0.6%的Al5Zr1C合金和0.3%的混合稀土Re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至740℃并静置1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在480℃固溶处理3小时，水淬后，在150℃时效处理4小时，随炉冷却后得到船舶用高强耐蚀铝合金。按中华人民共和国国家标准GB/T16865-2013，将实施例1-3的船舶用高强耐蚀铝合金加工成标准拉伸试样，在DNS200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，拉伸力学性能如表1所示。表1实施例1-3船舶用高强耐蚀铝合金的拉伸力学性能实施例序号抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%实施例1401.4371.417.2实施例2438.1404.715.6实施例3469.8435.613.1由表1的检测结果可见，本发明船舶用高强耐蚀铝合金的室温抗拉强度大于400MPa，屈服强度大于370MPa，伸长率大于13%，具有强度高、塑性好、耐腐蚀、焊接性能优良的特点，适合于制造船舶、舰艇等海上交通运输工具用铝合金管材、棒材和型材，具有广阔的市场应用前景。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页1 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