一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc 变形铝合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 从当前的技术和应用领域看，国内外对于铝合金各项性能的要求不断提高，随着 其应用领域的不断推广，大量新型高强度高性能铝合金应运而生，对于研发和制备工艺提 出了新的挑战，从可持续性发展的角度出发，经济、节约、高效三者的有机结合是在实际生 产过程中扮演者举足轻重的作用。
[0003] 传统铝合金的抗拉强度和抗疲劳强度都存在不足，在生产过程中由于精炼剂的加 入又造成了一定污染，使成分难以精确控制从而在各项性能上都产生了难以估计的影响， 在铝合金的切削加工方面，新型稀土铝合金比传统铝合金具有更好的切削加工性能，适用 于复杂构件的制造加工，加工成本也大幅降低。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及 其制备方法，通过加入稀土元素、及利用氦气吹入稀土合金粉末从而达到良好的成分均匀 化，有效解决了传统的Al-Zn-Mg-Cu合金性能不足和产品缺陷的问题。
[0005] 为实现本发明的上述目的，本发明提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变 形铝合金，由以下质量百分比的成分组成：Zn 7%、Mg 2%、Cu 2. 3%、Ce 0. 1%、Y 0. 5%、Er 0? 1%、La 0? 01%、Sc 0? 2%、A1余量。
[0006]其中，Ce、Er、Y、Sc、La分别以Al-30wt. %Ce、Mg-30wt. %Er、Mg-20wt. %Y、 Al-30wt. %La、Al-2wt. %Sc的粉末状稀土合金进行添加，所述稀土合金颗粒直径在40um~ 50um之间。
[0007] 本发明还提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金的制备方法，包 括以下步骤。
[0008] 步骤1、按配方质量百分比取Al、Zn、Mg、Cu、Ce、Y、Er、La、Sc准备熔炼。
[0009] 步骤2、将坩埚放入氦气环境中进行预热，当温度达到730°C时，放入准备熔炼的 铝，待铝融化后，将准备熔炼的锌和铜按顺序放入铝液中。
[0010] 步骤3、待铝液融化回温后，开始通过蜂窝陶瓷喷管向铝液底部持续通入氦气，通 入的氦气进入铝液前需经过预热达到740°C，通过氦气的流动带动稀土合金粉末和镁颗粒， 经过蜂窝陶瓷喷管进入到熔融的铝液中。
[0011] 步骤4、持续保温740°C并通入氦气0. 5h后，炉冷降温，当温度降到710°C时，将 合金溶液浇入事先预热400°C过的金属模具内，待让合金空冷至室温，即得到成分均匀的 Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc 合金铸锭。
[0012] 步骤5、将所得合金铸锭在450°C下进行均匀化处理，然后除去合金铸锭氧化皮， 在430~450°C温度区间内预热2h后，加入已预热至440°C的挤压模具内，低速挤压成棒 材。
[0013] 步骤6、将棒材切割成试样，加工成拉伸棒（012)，然后进行T6热处理；固溶温度 480°C、2. 5h，油冷沾火；在120°C下进行人工时效处理，时效时间分别为6h、12h、18h、24h、 30h，时效结束后试样油冷至室温，即得高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金。
[0014] 所述蜂窝陶瓷喷管的每根陶瓷喷管间距不得小于5cm，陶瓷喷管总数为7根，六边 形布局分布，中间分布一根，每跟陶瓷喷管切面为正六边形；所述陶瓷喷管末端距离坩埚底 部15mm ;所述陶瓷喷管内切圆孔径直径为2mm〇
[0015] 与现有技术相比本发明的有益效果。
[0016] 本发明提供的高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及其制备方法，通过 在Al-Zn-Mg-Cu系合金的基础上加入稀土元素Ce、Y、Er、La、Sc，再利用气栗将氦气瓶中的 氦气(氦气纯度不小于99. 99%体积分数)导入蜂窝陶瓷喷管中，然后吹入稀土合金粉末从而 达到良好的成分均匀化，气泡直径控制在直径5mm左右，以获得更多更均匀的气泡，对容易 进行搅动。在整个过程中通过惰性气体(氦气）形成保护氛围，使熔炼过程中氧化反应尽可 能减小，形成的合金成分更加精确，并且在氦气气泡的上浮过程中能吸附和包裹大量的杂 质微粒和气体微粒，从而起到净化铝液的目的，排除了氧化物对合金的影响；另外，由于气 泡上浮不断搅动铝液也使得成分更加均匀，可通过控制气体流速控制搅拌速率，灵活多变， 并结合挤压变形及后续的热处理，进一步提高合金的强韧度，可以满足更广泛的应用需求。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明实施例的合金铸态显微组织图（100Mm、50Mm)。
[0018] 图2为本发明对照组1的合金铸态显微组织图（100Mm、50Mm)。
[0019] 图3为本发明对照组2的合金铸态显微组织图（100Mm、50Mm)。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。
[0021] 实施例1。
[0022] 本实施例提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金，由以下质量百 分比的成分组成：Zn (锌）7%、Mg (镁）2%、Cu (铜）2. 3%、Ce (铈）0? 1%、Y (钇）0? 2%、Er (铒） 0? 1%、La (镧）0? 01%、Sc (钪）0? 2%、A1 (铝）余量。
[0023] 本实施例还提供一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金的制备方法， 包括以下步骤。
[0024] 步骤1、按配方质量百分比取六1、211、1%、(：11、〇6、￥3厂1^、3(3准备熔炼。其中，八1、 Zn、Mg、Cu以纯度> 99. 99wt. %的工业纯A1、纯Zn、纯Mg、纯Cu的形式添加，Ce、Er、Y、La、 Sc 分别以 Al-30wt. %Ce、Mg-30wt. %Er、Mg-20wt. %Y、Al-30wt. %La、Al-2wt. %Sc 的粉末状稀 土合金进行添加。原料均不需要预热处理。
[0025] 镁以球状颗粒形式存在，这是因为球状更加容易被气流带动，由于过小的镁容易 发生氧化反应，故球状颗粒直径为1mm。
[0026]由于选择过大的稀土合金颗粒较难被气流带动，较小的颗粒易氧化，故所述稀土 合金的颗粒直径为40um~50um之间。
[0027] 步骤2、将坩埚放入氦气环境中进行预热，当温度达到730°C时，放入准备熔炼的 铝，这样能防止在炉温升高过程中造成的不必要的氧化反应，待铝融化后，将准备熔炼的锌 粒和铜块按顺序放入铝液中。此时提高炉温至760°C，这种按照Al、Zn、Cu先后顺序进行添 加，能更好的促进Zn和Cu的熔化，因为铜具有较高的熔点，保温lh，以保证Cu完全熔化，此 时再缓慢降温至740°C。所述Cu (铜块）需预先除掉表面氧化层。
[0028] 步骤3、待铝液融化回温后，开始通过蜂窝陶瓷喷管向铝液底部持续通入氦气，气 流量为约0. 3L/S，通入的氦气进入铝液前需经过预热达到740°C;所述氦气带动稀土合金粉 末和镁球状颗粒，通过蜂窝陶瓷喷管进入到熔融的铝液中，利用大量惰性气体(氦气）气泡 上浮形成的表面效应，粘合包裹铝液中的杂质和微小气泡，使之上浮到铝液表面，方便后续 的捞渣工作。
[0029] 所述蜂窝陶瓷喷管的每根陶瓷喷管间距不得小于5cm，陶瓷喷管总数为7根，六边 形布局分布，中间分布一根，每跟陶瓷喷管切面为正六边形，有利于镁颗粒和粉末合金的通 过，不容易堵塞喷管；所述陶瓷喷管末端距离坩埚底部15_左右，切不可接触坩埚底部和 侧壁，防止堵塞喷管；所述陶瓷喷管内切圆孔径直径为2_，这可增加管内气体流速从而达 到带动粉末的要求，又可以将粉末无障碍的送入到铝液底部，不至于粘合在陶瓷喷管内壁。
[0030] 步骤4、持续保温740°C并通入氦气0. 5h后，炉冷降温，当温度降到710°C时，使用 陶瓷滤网进行捞渣，滤网孔径不大于0. 5_，随后将均匀的合金溶液浇入事先预热到400°C 的金属模具内，待让合金冷却至室温，即得到成分均勾的Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc合 金铸锭。
[0031] 步骤5、将所得合金铸锭进行均匀化处理（随炉升温至450°C，保温24h，炉冷降温 至常温)，冷却后用车床除去合金铸锭氧化皮，先进行均匀化处理后去除氧化皮有利于各成 分含量趋近于计算值，然后在430~450°C温度区间内预热2h后，加入已预热至440°C的挤 压模具内，低速挤压成棒材。所述低速挤压的挤压温度为440°C，挤压速率为1. 0~1. 5_/ s，挤压比为110:1。所述挤压过程中向挤压筒内壁加入二硫化钼作为润滑剂。
[0032] 步骤6、将棒材切割成10cm长的试样，用车床加工成标准的拉伸棒（〇 12)，所得试 样进行T6热处理；固溶温度480°C、2.5h，油冷