一种Al-Yb-Zr耐蚀强化的铝合金及其热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种经过微合金化的耐蚀强化的铝合金材料及其热处理工艺，属于金 属合金技术领域。
【背景技术】
[0002] 铝合金因其具有优良的机械性能和物理特性成为被广泛应用的金属材料，进一步 提高铝合金的综合性能以满足更多的需求成为重要目标。其中，耐蚀强化的铝合金就是其 中一个发展方向。通过适当的热处理工艺可以使铝合金基体中产生析出相，通过析出强化 提高铝合金的强度。但是，从电化学的角度考虑，析出相的产生导致合金表面的电化学不均 匀性加剧，使得合金的耐蚀性变差。铝合金的强度和耐蚀性之间存在的矛盾之处在于，铝合 金通过热处理产生析出相提高强度的同时对合金耐蚀性产生不利影响。因此要想得到耐蚀 强化的铝合金材料，则必须要找到一种新的合金成分及其制备方法，在保证其强度的同时 提尚合金的耐蚀性能。
[0003] 近年来，国内外大量学者就稀土元素对铝合金性能的影响做了大量的研宄，其中， 以对Sc的研宄最为深入，含Sc铝合金有非常优异的性能。但是，价格昂贵的Sc限制了其 在工业领域的广泛应用。因此，用低成本的稀土元素替代Sc来发掘铝合金性能就成为不断 追求的目标。在铝合金中复合添加Yb和Zr，均能形成与Al3Sc作用相同的具有Ll2结构的 Al3Yb和Al3Zr相，从而提高铝合金的力学性能。中国专利CN103255319A公开发明了一种 Al-Yb-Zr合金，表明Yb和Zr复合微合金化有非常显著的时效强化效果，但该专利在成分上 未涉及低Yb含量的Al-Yb-Zr合金，工艺上未涉及Al-Yb-Zr合金的最佳等温时效工艺，性 能上未涉及Yb、Zr复合添加对合金耐蚀性能的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于通过复合微合金化的方法，克服限于技术可析出强化铝合金强 度和耐蚀性（尤其电化学腐蚀）不能良好匹配的问题，寻找一种对铝或者铝合金基体起到 强化作用，又不会使铝合金的耐蚀性变差的铝合金材料及其制备方法。
[0005] 本发明所提供的Al-Yb-Zr合金，其特征在于，包括以下质量百分比含量的组分： Yb为0? 001~0? 068% (重量百分比），Zr为0? 1~0? 3% (重量百分比），余量为铝。 [0006] 以上所述的合金元素的最佳成分范围为：Yb为0. 058~0. 068% (重量百分比）， Zr为0? 14~0? 26% (重量百分比）。
[0007] 本发明上述耐蚀强化的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] (1)在熔炼纯铝（>99. 99% )的过程中加入Al-Yb和Al-Zr中间合金，熔炼温度为 780± 10°C，到达熔炼温度后充分保温，然后用铁模浇铸；
[0009] (2)在640± 10°C对铸锭进行均匀化退火，然后进行变形量为90%的冷轧变形，之 后在640± 10°C固溶40~50小时，随后水淬到室温；
[0010] (3)在150~550 °C之间进行等时时效（具体过程为每隔25°C保温3h，例如 150°C/3h取第一个样，150°C/3h+175°C/3h取第二个样，150°C/3h+175°C/3h200°C/3h取第三个样，依次类推直到550°C结束）；或者在350~400°C之间等温时效（即在特定温 度下保温不同时间，从1分钟到744小时），最佳等温时效温度为375~400°C。
[0011] 本发明由于采用了上述成分配比的Yb和Zr复合微合金化，同时通过合适的热处 理工艺，添加少量的Yb就能促进Zr的析出，同时又能避免合金一次相对合金耐蚀性的不利 影响。因此，本发明在纯铝中复合添加了低含量的Yb和Zr两种元素，通过调整合金成分和 热处理工艺，实现其强度和耐电化学腐蚀性能的同步提高。这有别于可析出强化铝合金强 度提高耐蚀性变差的现象。
【附图说明】
[0012] 图1 :150~550°C之间每隔25°C等时3小时时效曲线；
[0013] 图2 :350°C等温时效曲线；
[0014] 图3 :375°C等温时效曲线；
[0015] 图4 :400°C等温时效曲线；
[0016] 图5 :S3号试样在375°C等温时效lh、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；
[0017] 图6 :S4号试样在375°C等温时效lh、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；
[0018] 图7 :S5号试样在375°C等温时效lh、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；
[0019] 图8 :S6号试样在375°C等温时效lh、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；
[0020] 图9 :S3、S4、S5、S6号试样在375°C等温时效比、1511、9611、19211钝化区的平均腐蚀 电流密度。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0022] 实例1 :采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和Al_5Yb 和Al-4Zr中间合金，熔炼温度为780± 10°C，到达熔炼温度后充分保温，然后用铁模浇铸。 然后在640±10°C对铸锭进行均匀化退火，然后进行变形量为90%的冷轧变形。制备了 6 种不同成分的合金，通过XRF测试了其实际成分，如下表1所示。其中S1和S2样品分别为 Al-Yb和Al-Zr二元合金，用作对比。
[0023] 表1实验合金成分
[0024]
【主权项】
1. 一种Al-Yb-Zr合金，其特征在于，包括以下质量百分比含量的组分：Yb为0.0 Ol~ 0· 068% (重量百分比），Zr为0· 1~0· 3% (重量百分比），余量为铝。
2. 权利要求1的一种Al-Yb-Zr合金，其特征在于，合金元素的成分范围为：Yb为 0· 058~0· 068% (重量百分比），Zr为0· 14~0· 26% (重量百分比）。
3. 权利要求1或2所述的一种Al-Yb-Zr合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 在熔炼纯铝的过程中加入Al-Yb和Al-Zr中间合金，熔炼温度为780±10°C，到达 熔炼温度后充分保温，然后用铁模浇铸； (2) 在640 ± KTC对铸锭进行均匀化退火，然后进行变形量为90 %的冷轧变形，之后在 640±10°C固溶40~50小时，随后水淬到室温； (3) 在150~550°C之间进行等时时效；或者在350~400°C之间等温时效。
4. 按照权利要求3的制备方法，其特征在于，步骤（3)在150~550°C之间进行等时时 效具体过程为每隔25°C保温3h，即150°C /3h取第一个样，150°C /3h+175°C /3h取第二个 样，150°C /3h+175°C /3h 200°C /3h取第三个样，依次类推直到550°C结束。
5. 按照权利要求3的制备方法，其特征在于，步骤（3)等温时效温度为375~400°C。
【专利摘要】一种Al-Yb-Zr耐蚀强化的铝合金及其热处理工艺，属于金属合金技术领域。所述合金为在铝基体中加入了0.001～0.068％(重量百分比)的Yb，0.1～0.3％(重量百分比)的Zr。该合金的固溶时效热处理工艺包括以下步骤，首先在640±10℃固溶40～50小时，随后水淬到室温，然后在150～550℃之间每隔25℃等时时效3小时，或者在350～400℃之间等温时效，最佳的等温时效温度在375～400℃之间。本发明由于采用了低含量的Yb和Zr复合微合金化，具有显著的时效强化效果，同时可实现合金的强度和耐蚀性同步提高，这有别于可热处理强化铝合金强度和耐蚀性反相关的现象。
【IPC分类】C22C21-00, C22F1-04
【公开号】CN104651672
【申请号】CN201510051899
【发明人】高坤元, 任鹏伟, 聂祚仁, 文胜平, 黄晖, 吴晓蓝, 张玉, 林占强
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月30日