本发明涉及金属材料冶炼技术领域，具体涉及一种高韧性耐蚀铝合金型材及其制备工艺。
背景技术：
铝合金具有密度小、强度高、易成型加工、导电导热性好以及资源丰富等众多优良性能，是工业中应用最为广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、交通、建材、石油、化工、电子、电力、国防等领域均有广泛应用。过去几十年，人们对于如何提高铝合金的强度进行了广泛深入的研究，一般认为，合金中的化学成分是决定合金强度的关键因素之一，主要合金元素低，则强度较低，韧性、耐蚀性及铸锭成形性较好；而主要合金元素高，则强度较高，韧性和耐蚀性降低，且随着主要合金元素含量提高，铸造成形性能下降。也就是说，想要获得高强度的合金材料，就要以牺牲韧性、耐蚀性以及成形性等为代价。然而随着现代工业与国防的发展，不仅对于铝合金的需求量越来越大，对于铝合金综合性能的要求也越来越高。特别是在航空航天以及汽车制造等领域，不仅对于降低结构件重量以降低能耗、节约资源的要求越来越高，而且对于主要结构件能够承受巨大冲击和振动亦即具备良好的韧性的要求也日益迫切，兼具高强度、高韧性以及优良的耐腐蚀性和成形性等优异综合性能的铝合金亟待出现。
cn100410406c公开了一种同时具有较高的抗拉强度和延伸率综合力学性能的高强高韧铸造铝合金，该发明的铸造铝合金最高抗拉强度达520mpa时，其延伸率为13.5％，其强度和韧性均高于zl205a合金；该发明铸造铝合金在延伸率为16.5％时，其抗拉强度达到505mpa，比高韧205a合金的抗拉强度提高了100mpa。cn100554464c公开了一种高强韧含锰铝合金，特别涉及一种喷射成形制备的高强高韧的7000系铝合金材料，该高强韧铝合金具有超过800mpa的抗拉强度和达到5.3％及以上的延伸率，具有更好的耐热性，可以提高航空及运输工具材料的结构效率和性能。cn101403060b公开了一种高耐损伤铝合金，其特征在于铝合金的基体中加入了0.001％-1.0％(重量百分比)的铋。所加铋的最佳含量范围为0.001-0.3％。该高耐损伤铝合金的制备方法是在铝合金的熔炼过程中加入金属铋来实现的。该发明由于添加微量铋，显著提高了材料的强韧性，特别是提升了材料的耐疲劳损伤性能。该高耐损伤铝合金可用于航空、汽车等行业的结构件。
上述提及的铝合金，或纯度较低，或韧性不高，或耐腐蚀性能较差，或成形性不佳，在综合性能方面均有所欠缺，人们所期待的综合性能优异的铝合金至今尚未出现。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种综合性能优异的铝合金，其具有高纯度、高强度、高韧性，同时还具有良好的耐腐蚀性能以及可铸造成形性。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn1.17～3.48％，zr0.008～0.21％，b0.89～1.75％，mg1.25～3.71％，ni1.21～3.81％，cu0.08～0.36％，ti0.26～0.84％，ta0.005～0.12％，微量元素0.01～0.03％，其余为al和不可避免的杂质。
镁能不仅可以提高铝合金的抗腐蚀性，还能提高铝合金的强度；在铝中同时加入锌和镁，形成强化相mg/zn2，对合金产生明显的强化作用，明显增加铝合金的抗拉强度和屈服强度；钛与铝形成tial2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用；锆和铝形成zral3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒；钽可以显著提高铝合金的耐腐蚀性能。
影响铝合金性能的主要因素就是各物质的配比，为了提高铝合金的强度和耐腐蚀性，优选的，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn1.58～2.96％，zr0.012～0.085％，b0.92～1.28％，mg2.11～5.74％，ni1.5～3.26％，cu0.08～0.36％，ti0.35～0.62％，ta0.008～0.1％，微量元素0.01～0.03％，其余为al和不可避免的杂质。
优选的，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为1.35～2％。
优选的，所述mg和ti的重量比为1：(0.1～0.3)。
根据本发明，稀土金属能与体系中的铝化物形成新的多元弥散相，这种新的多元弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界，显著抑制基体的再结晶，保留了以小角度晶界为主的纤维状组织，从而改善了铝合金型材的腐蚀性能，所述稀土元素为本领域技术人员所常知的稀土金属，优选的，所述稀土元素为钪、钇、铌、镧系元素中的至少一种。
优选的，所述高韧性耐蚀铝合金型材延伸率为6.3～9.8％，屈服强度为682～850mpa，抗拉强度为420～590mpa。
一种高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺，包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在750～760℃下保温30～40min，加入精炼剂，升温至980～1000℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的精炼剂，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至450～470℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在150～180℃下保温1～2h，然后升温至510～520℃，保温1～5h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理。
优选的，在步骤(1)中，所述精炼剂加入量为总铝量重量的0.1-0.2％，所述精炼剂为nacl、na3alf6、mgcl2、naf、na2sif6、na2co3和alf3中的至少一种。
优选的，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96～97，挤压速度为3.5m/min～4.5m/min。
优选的，其中，所述固溶处理工艺为温度480～510℃，保温时间1～12h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为10～80℃；所述人工时效处理工艺为在150℃～155℃范围内进行时效，时效时间为10h～10.5h。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)铝通过与其它金属在体系中形成了铝化物弥散相，并产生协同作用，起到细化铸态晶粒，强化钉扎位错的作用，从而显著提高了铝合金型材的再结晶温度，降低了晶粒的再结晶，并克服了淬火敏感问题，改善了铝合金型材的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性。
(2)在制备时进行超声处理，不仅可以提高合金熔液中各物质的均匀度，还可以使杂质从熔液中分离出来，不仅提高铝合金的纯度，还提高合金中各物质的分散均匀度，从而达到提高铝合金强度的作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中铝合金型材的抗压强度采用万能电子试验机测量，硬度用数显布氏硬度计测量。
实施例1
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn2.06％，zr0.034％，b0.98％，mg3.45％，ni2.26％，cu0.12％，ti0.37％，ta0.015％，微量元素0.01％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为1.475％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.11；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在750℃下保温35min，加入nacl，升温至990℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的nacl，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述nacl加入量为总铝量重量的0.1％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至460℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在160℃下保温1h，然后升温至510℃，保温2h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96，挤压速度为3.6m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度490℃，保温时间2h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为60℃；所述人工时效处理工艺为在150℃范围内进行时效，时效时间为10h。
实施例2
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn2.46％，zr0.056％，b1.13％，mg3.54％，ni2.34％，cu0.14％，ti0.49％，ta0.042％，微量元素0.02％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为1.662％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.14；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在755℃下保温30min，加入na3alf6，升温至990℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的na3alf6，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述na3alf6加入量为总铝量重量的0.1％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至450℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在150℃下保温1h，然后升温至515℃，保温2h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96，挤压速度为3.6m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度490℃，保温时间4h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为50℃；所述人工时效处理工艺为在150℃范围内进行时效，时效时间为10h。
实施例3
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn2.16％，zr0.067％，b0.96％，mg2.45％，ni1.92％，cu0.22％，ti0.45％，ta0.024％，微量元素0.02％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为1.434％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.18；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在760℃下保温30min，加入mgcl2，升温至990℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的mgcl2，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述mgcl2加入量为总铝量重量的0.1％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至470℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在160℃下保温2h，然后升温至515℃，保温4h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96，挤压速度为3.8m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度490℃，保温时间2h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为50℃；所述人工时效处理工艺为在155℃范围内进行时效，时效时间为10.5h。
实施例4
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn1.17％，zr0.008％，b0.89％，mg1.25％，ni1.21％，cu0.08％，ti0.26％，ta0.005％，微量元素0.01％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为1.155％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.21；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在750℃下保温30min，加入nacl，升温至980℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的nacl，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述nacl加入量为总铝量重量的0.2％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至450℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在150℃下保温1h，然后升温至510℃，保温1h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96，挤压速度为3.5m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度480℃，保温时间1h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为10℃；所述人工时效处理工艺为在150℃范围内进行时效，时效时间为10.5h。
实施例5
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn3.48％，zr0.21％，b1.75％，mg3.71％，ni3.81％，cu0.36％，ti0.84％，ta0.12％，微量元素0.03％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为2.71％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.23；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在760℃下保温40min，加入na3alf6，升温至980℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的na3alf6，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述na3alf6加入量为总铝量重量的0.2％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至470℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在180℃下保温2h，然后升温至520℃，保温5h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成97，挤压速度为4.5m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度510℃，保温时间12h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为80℃；所述人工时效处理工艺为在155℃范围内进行时效，时效时间为10.5h。
对比例1
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn0.34％，zr0.002％，b0.45％，mg1.22％，ni1.20％，cu0.08％，ti0.26％，ta0.005％，微量元素0.01％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为0.715％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.21；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在750℃下保温35min，加入nacl，升温至990℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的nacl，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述nacl加入量为总铝量重量的0.1％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至460℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在160℃下保温1h，然后升温至510℃，保温2h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96，挤压速度为3.6m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度490℃，保温时间2h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为60℃；所述人工时效处理工艺为在150℃范围内进行时效，时效时间为10h。
对比例2
一种高韧性耐蚀铝合金型材，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述高韧性耐蚀铝合金型材含有以下元素：zn0.34％，zr0.43％，b0.23％，mg3.71％，ni1.2％，cu0.08％，ti0.84％，ta0.12％，微量元素0.03％，其余为al和不可避免的杂质，所述铝合金中b、ti、ta的总体含量为1.19％，其中，所述mg和ti的重量比为1：0.23；
所述的高韧性耐蚀铝合金型材的制备工艺包括以下步骤：
(1)配料及熔炼：将铝锭、锆锭、硼锭、镁锭、镍锭加入熔炼炉中，升温至矿料完全融化，在755℃下保温30min，加入na3alf6，升温至990℃，然后加入钛和钽，待金属完全融化后，除去铝液表面上的na3alf6，并对金属熔液进行超声处理，除去浮渣，所述na3alf6加入量为总铝量重量的0.1％；
(2)对步骤(1)的金属熔液冷却至450℃，然后在真空下浇铸，得到铝合金铸锭；
(3)将铝合金铸锭在150℃下保温1h，然后升温至515℃，保温2h，再将铝合金放入挤压桶中进行挤压成型，所述挤压成型工艺为挤压系数控制成96，挤压速度为3.6m/min；
(4)将步骤(3)得到的型材进行固溶处理和人工时效处理，所述固溶处理工艺为温度490℃，保温时间4h，保温完成后出炉水淬或油淬至淬件的温度为50℃；所述人工时效处理工艺为在150℃范围内进行时效，时效时间为10h。
表1实施例1-5、对比例1-2的铝合金棒材的相关性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明的保护范围之内。