专利名称：高纯高强高韧铝合金的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金领域，涉及铝合金，尤其是一种高纯高强高韧铝合金。
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，兼具高纯度、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。CN 100410406C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，其由以下组分按重量百分比组成=Cu 4. 5-7. O ；V0. 05-0. 3 ；Mn
0.3-0. 45 ；Ti 0. 15-0. 35 ；B 0. 005-0. 06 ；Cd 0. 15-0. 25 ；Zr 0. 05-0. 2 ；Pr 0. 03-0. 7 ；A1余量。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 lOOMPa。CN1204281C公开了一种高纯、高强铝合金，其化学成分及含量为7_9 % Zn，
1.7-3. 0%Mg, I. 5-2. 6% Cu,O. 1-0. 25% Zr，Cr 小于O. l%，Ti 小于O. 06%,Fe 小于O. 15%,Si小于O. 12%，余量为Al。该发明具有高的强度，良好的抗腐蚀性能和耐剥落腐蚀性能，较好的断裂韧性以及良好的可铸造成型性。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，其成分按重量百分比计为Zn8. 0-9wt %, Mg2. 5-3. 2wt%,Cul. 5-2. 0wt%, MnO. 8-2. 5wt%, ZrO. 1-0. 3wt%, TiO. 01-0. 3wt%, B0. 005-0. 05wt%, Al 余量。该高强韧铝合金的强化相除常见的G. P区、η’和Jl(MgZn2)相外，还有弥散细小的含锰金属间化合物，使之具有超过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。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，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。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比表示的以下组分
Zn 5-8. 5wt %, Mg I. 5-2. 8wt%, Cu I. 2-2. 5wt %, Mn O. 5-1. 5wt %, Cd
0.1-0. 2wt%, Sr 0. 05-0. 25wt%,Bi 0. 01-0. 15wt%,Ti 0. 005-0. 05wt%, Fe < 0. 12wt%,Si < 0. lwt%，余量为 Al。所述Zn，含量过高不利于合金的铸造成型，含量过低则影响合金强度。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Zn的重量百分比为5-8. 5wt%，例如可以是 5_6wt %，5. 5_7wt %，5. 2_8wt %，5. 6-6. 6wt %，7-8. 5wt %，5wt %，5. Iwt %，
5.5wt %，5. 9wt %，6wt %，6. 3wt %，6. 5wt %，6. 8wt %，6. 9wt %，7wt %，7. 4wt %，7. 5wt %，7. 7wt %，7. 85wt %，8wt %，8. 05wt %，8. Iwt %，8. 2wt %，8. 3wt %，8. 5wt % ;优选为6-8wt% ;最优选为 6. 5-7. 5wt%0所述Mg与Zn是共同构成合金强化相MgZn2的重要元素，Cu起到加速时效的作用，同时提高耐腐蚀性。考虑到高强合金减小铸锭开裂因素，需Mg > Cu，因此Mg元素整体含量要求大于Cu。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Mg的重量百分比为1.5_2.8wt%，例如可以是 I. 5-2wt %，I. 7-2. 5wt %，I. 8-2. 2wt %，2-2. 4wt %，2. 1-2. 8wt %, I. 5wt %,
1.52wt %，I. 58wt %，I. 6wt %，I. 65wt %，I. 7wt %，I. 76wt %，I. 8wt %，I. 9wt %，I. 95wt %，2wt %，2. 03wt %，2. Iwt %，2. 2wt %，2. 3wt %，2. 4wt %，2. 5wt %，2. 6wt %，2. 7wt %，
2.8wt% ;优选为 1.6-2. 5wt% ;最优选为 1.8-2. 2wt%。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Cu的重量百分比为I. 2-2. 5wt%,例如可以是 I. 2-1. 5wt%, I. 3-1. 6wt%, I. 5-2wt%, I. 65-2. 3wt%, I. 8-2. 5wt%, I. 2wt%,
I.25wt %, I. 3wt %, I. 39wt %, I. 4wt %, I. 45wt %, I. 5wt %, I. 52wt %, I. 6wt %, I. 64wt %,
1.7wt %, I. 78wt %, I. 8wt %, I. 83wt %, I. 9wt %, 2. Owt %, 2. Iwt %, 2. 2wt % , 2. 3wt %,
2.4wt%,2. 5wt% ;优选为 I. 5-2. 4wt% ;最优选为 I. 6-2. Iwt满足上述含量范围的Mg和Cu，既能够使合金具备一定的强度和耐腐蚀性，又能够保证铸锭成形所必须的要求。所述Mn元素在Al-Zn-Mg-Cu系合金中进一步起强化效果,亦有抗腐蚀的作用。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Mn的重量百分比为O. 5-1. 5wt%,例如可以是 O. 5-1. Owt %，O. 7-1. Iwt %，O. 9-1. 2wt %，I. 3-1. 4wt %，I. 2-1. 5wt %，O. 5wt %，0. 58wt %，0. 6wt %，0. 66wt %，0. 7wt %，0. 7Iwt %，0. 8wt %，0. 85wt %，0. 9wt %，
0.95wt %，I. Owt %，I. 03wt %，I. 15wt %，I. 2wt %，I. 25wt %，I. 3wt %，I. 36wt %，I. 4wt %，
1.44wt%，I. 5wt% ;优选为 0. 6-1. 3wt% ;最优选为 0. 7-1. Iwt%D
所述Cd可以强度和抗下垂性。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Cd的重量百分比为O. 1-0. 2wt%,例如可以是 O. 1-0. 15wt %,0. 12-0. 17wt %,0. 14-0. 19wt %,0. 11-0. 16wt %,0. 18-0. 2wt %, 0. Iwt %, 0. I Iwt %, 0. 12wt %, 0. 13wt %, 0. 14wt %, 0. 15wt %, 0. 16wt %,0. 17wt%,0. 18wt%,0. 19wt%,0. 2wt%;优选为 0. 12-0. 19被％;最优选为 0. 14-0. 18wt%0所述Sr少量添加可以提高耐腐蚀性。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Sr的重量百分比为O. 05-0. 25wt %,例如可以是 0.05-0.2wt %,0. 12-0. 15wt %,·. 17-0. 24wt %,0. 19-0. 22wt %,0. 21-0. 25wt %,0. 05wt %,0. 06wt %,0. 07wt %,0. 08wt %,0. 09wt %0. Iwt %,0. Ilwt %,0. 12wt %,0. 13wt %,0. 14wt %,0. 15wt %,0. 16wt %,0. 17wt %,0. 18wt%, 0. 19wt %, 0. 2wt%, 0. 21wt %, 0. 22wt%, 0. 23wt %, 0. 24wt %, 0. 25wt% ;优选为0. 08-0. 23wt% ;最优选为 0. 1-0. 2wt%0所述Bi能够显著改善合金的析出动力学，增大强化相的析出密度并使其均匀分布；同时，被吸附在再结晶晶界的Bi原子能降低界面的界面能，阻碍了晶界的移动，使得再结晶晶粒的长大使到抑制，即微量Bi的存在既细化了晶粒，又强化了晶界，使得强度提高。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Bi的重量百分比为O. 01-0. 15wt %,例如可以是 O. 01-0. Iwt %,0. 03-0. 08wt %,0. 09-0. 12wt %,O. 1-0. 14wt %,0. 07-0. 15wt %,0. Olwt %,0. 02wt %,0. 03wt %,0. 04wt %,0. 05wt %,0. 06wt %, 0. 07wt %, 0. 08wt %, 0. 09wt %, 0. Iwt %, 0. 13wt %, 0. 14wt %, 0. 15wt % ;优选为
0.02-0. 12wt% ;最优选为 0. 05-0. Iwt所述Ti可提供细小均匀的基体组织，这不仅可以提高强度，还可以保证铝合金进行均匀塑性变形，避免变形过程中的应力或应变集中，有利于铝合金韧性的提高。在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中，所述Ti的重量百分比为O. 005-0. 05wt%,例如可以是 O. 005-0. Olwt %,0. 007-0. 015wt %,0. 019-0. 04wt %,
O.021-0. 045wt %,0. 03-0. 05wt %,0. 005wt %,0. 006wt %,0. 007wt %,0. 008wt %,0. 009wt %,0. Olwt %,0. 015wt %，0. 02wt %，0. 023wt %,0. 3wt %,0. 035wt %，0. 036wt %，0. 04wt %,0. 048wt %,0. 049wt %,0. 05wt % ;优选为 0. 01-0. 04wt % ;最优选为0. 02-0. 03wt% o所述Fe在所有已知的商品铝合金中都存在，在根据本发明的高纯高强高韧铝合金中，Fe不是一种所要求的合金元素而故意添加，Fe的量主要依靠合金材料来源，在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中严格限制Fe的含量为< O. 12wt%。同时亦严格限制Si在本发明所述的高纯高强高韧铝合金中的含量为O. lwt%。综上所述，本发明优选的技术方案为Zn 6-8wt % , Mg I. 6-2. 5wt % , Cu I. 5-2. 4wt % , Mn 0. 6-1. 3wt % ,CdO. 12-0. 19wt %, Sr 0. 08-0. 23wt %, Bi 0. 02-0. 12wt %, Ti 0. 01-0. 04wt %, Fe
<0. 12wt%, Si < 0. lwt%，余量为 Al。本发明最优选的技术方案为一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比Wt %表示的以下组分Zn6. 5-7. 5wt%, Mg I. 8-2. 2wt%, Cu I. 6-2. Iwt%, Mn 0. 7-1. Iwt%, Cd 0. 14-0. 18wt%,Sr O. 1-0. 2wt%,Bi 0. 05-0. Iwt%,Ti 0. 02-0. 03wt%，Fe < 0. 12wt%，Si < 0. Iwt%，余
量为Al。本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以含有其他组分，这些其他组分赋予所述高纯高强高韧铝合金以不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……制成”。不管本发明所述高纯高强高韧铝合金包括何种成分，所述耐腐蚀铝合金钎焊材料的重量百分比之和为100%。优选地，本发明所述的高纯高强高韧铝合金中基本上不含其他的杂质。此处术语“基本上不含”指的是不具有有意地添加到合金组成中的显著的该组分的量，例如
<0. 005%的水平，更优选没有，可以理解在所期望的最终产品中可具有痕量附带元素和/或杂质。讲一步地,本发明还提供 与现有技术相比，本发明所述的高纯高强高韧铝合金综合性能优异，其不但具有高纯度、高强度和高韧性，同时还具有良好的耐腐蚀性能以及可铸造成形性。下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但下述的各个实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。
具体实施例方式为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下实施例I :一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比表示的以下组分8. 5wt%,Mg I. 5wt%, Cu 2. 5wt %, Mn O. 5wt %, Cd O. 2wt %, Sr O. 05wt %, Bi O. 15wt %, TiO. 005wt%, Fe < O. 12wt%, Si < 0. Iwt %，余量为 Al。按常规制备铸造铝合金的方法用料，将所有计算量原料混合在电阻坩埚炉中熔化后，在860°C左右加入无毒精炼剂精炼，搅拌后在此温度下静置8-15分钟，再在此温度下浇注。经过T6(固溶时效)热处理后，制取拉伸试样，测定抗拉强度、屈服强度和延伸率。将本实施例的高纯高强高韧铝合金置于盐雾箱内，在35°C下用浓度为5wt%的氯化钠盐水喷涂2小时，取出并置于另外一个温度为40°C、相对湿度为80%的恒温恒湿箱中，观察并记录外观出现异常所用的时间，以测试耐腐蚀性能。将电镀镀层放置在冷热冲击测试箱中，将测试温度降低到一40°C，放置2小时，然后在3分钟内将测试温度升至85°C，放置2小时，重复上述操作5次后将本实施例产品放置在室温环境中，观察表面是否出现异常，以测试耐冷热冲击性能。性能测试结果抗拉强度550MPa；屈服强度5IOMPa；延伸率12.5%;耐腐蚀性能200小时未见出现异常；耐冷热冲击性能通过，无异常。
本实施例的高纯高强高韧铝合金主要成分含量较低，在强度韧性和耐蚀性均满足要求条件下，具有较好的铸造成形性。实施例2 一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比表示的以下组分Zn5wt%，Mg 2. 8wt%, Cu I. 2wt %, Mn I. 5wt %, Cd O. Iwt %, Sr O. 25wt %, Bi O. Olwt %, TiO. 05wt%, Fe < O. 12wt%, Si < O. Iwt%，余量为 Al。按照与实施例I相同的方法，对本实施例的高纯高强高韧铝合金进行性能测试，结果如下抗拉强度555MPa；屈服强度513MPa；
延伸率12.3%;耐腐蚀性能200小时未见出现异常；耐冷热冲击性能通过，无异常。本实施例的高纯高强高韧铝合金主要成分含量较低，在强度韧性和耐蚀性均满足要求条件下，具有较好的铸造成形性。实施例3:一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比表示的以下组分Zn8wt%，Mg I. 6wt %, Cu 2. 4wt %, Mn 0. 6wt %, Cd 0. 19wt %, Sr 0. 08wt %, Bi 0. 12wt %, Ti0. Olwt%, Fe < 0. 12wt%, Si < 0. lwt%，余量为 Al。按照与实施例I相同的方法，对本实施例的高纯高强高韧铝合金进行性能测试，结果如下抗拉强度=575MPa；屈服强度534MPa；延伸率12.5%;耐腐蚀性能200小时未见出现异常；耐冷热冲击性能通过，无异常。本实施例的高纯高强高韧铝合金主要成分含量较低，在强度韧性和耐蚀性均满足要求条件下，具有较好的铸造成形性。实施例4 一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比表示的以下组分Zn6wt%，Mg 2. 5wt %, Cu I. 5wt %, Mn I. 3wt %, Cd 0. 12wt %, Sr 0. 23wt %, Bi 0. 02wt %, Ti0. 04wt %, Fe < 0. 12wt %, Si < 0. Iwt %，余量为 Al。按照与实施例I相同的方法，对本实施例的高纯高强高韧铝合金进行性能测试，结果如下抗拉强度570MPa；屈服强度53IMPa ；延伸率12.7%;耐腐蚀性能200小时未见出现异常；耐冷热冲击性能通过，无异常。
本实施例的高纯高强高韧铝合金主要成分含量较低，在强度韧性和耐蚀性均满足要求条件下，具有较好的铸造成形性。实施例5 一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比Wt %表示的以下组分Zn7. 5wt %, Mg I. 8wt %, Cu 2. Iwt %, MnO. 7wt %, Cd O. 18wt %, Sr O. Iwt %, Bi O. Iwt %,Ti O. 02-0. 03wt%, Fe < O. 12wt%, Si < O. Iwt%，余量为 Al。按照与实施例I相同的方法，对本实施例的高纯高强高韧铝合金进行性能测试，结果如下抗拉强度590MPa；屈服强度550MPa；延伸率13.6%;耐腐蚀性能200小时未见出现异常；耐冷热冲击性能通过，无异常。本实施例的高纯高强高韧铝合金主要成分含量较低，在强度韧性和耐蚀性均满足要求条件下，具有较好的铸造成形性。实施例6
一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比Wt %表示的以下组分Zn6. 5wt %, Mg 2. 2wt %, Cu I. 6-2. Iwt %, Mn I. Iwt %, Cd O. 14wt %, Sr O. 2wt %, BiO. 05wt%, Ti O. 03wt%, Fe < O. 12wt%, Si < O. lwt%，余量为 Al。按照与实施例I相同的方法，对本实施例的高纯高强高韧铝合金进行性能测试，结果如下抗拉强度585MPa;屈服强度536MPa；延伸率13.5%;耐腐蚀性能200小时未见出现异常；耐冷热冲击性能通过，无异常。本实施例的高纯高强高韧铝合金主要成分含量较低，在强度韧性和耐蚀性均满足要求条件下，具有较好的铸造成形性。在说明书和权利要求书中使用的所有表示组分含量在所有情况下都应当被理解为加上术语“约”的修饰。因此，除非相反指出，在说明书和权利要求书中所给出的数值都可以根据本发明所希望得到的性质的不同而变化。在最低限度，并不用于将等价物原则的应用限定为权利要求的范围，每个数值都应当至少依照所报道的有效数字的值通过使用普通的舍入方法进行解释。而且，所有在此公布的范围都应当被理解为包含范围的起点和终点值，包含任意和所有包含在其中的小范围。例如，一定的范围“1-10”应当被认为包含最小值I和最大值10之间(包括在内)的任何和所有小范围；即所有以大于或等于I的最小值起始，而且以小于或等于10的最大值结束的所有小范围，例如5-10，3. 3-6. 7，或I. 5-8. 8。在此文件中所提到的所有参考文献都应当被理解为全部包括进来用于参考。应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种高纯高强高韧铝合金，其特征在于，包括以重量百分比Wt%表示的以下组分Zn 5-8. 5wt%, Mg I. 5-2. 8wt%, Cu I. 2-2. 5wt%, Mn 0. 5-1. 5wt%, Cd 0. 1-0. 2wt%, Sr0.05-0. 25wt%,Bi 0. 01-0. 15wt%,Ti 0. 005-0. 05wt%, Fe < 0. 12wt%, Si < 0. ^^%，余量为Al。
2.根据权利要求I所述的铝合金，其特征在于，所述Zn在所述铝合金中的重量百分比为 6-8wt %，优选为 6. 5-7. 5wt %。
3.根据权利要求I或2所述的铝合金，其特征在于，所述Mg在所述铝合金中的重量百分比为 I. 6-2. 5wt%，优选为 I. 8-2. 2wt%0
4.根据权利要求1-3之一所述的铝合金，其特征在于，所述Cu在所述铝合金中的重量百分比为 I. 5-2. 4wt%，优选为 I. 6-2. Iwt % ο
5.根据权利要求1-4之一所述的铝合金，其特征在于，所述Mn在所述铝合金中的重量百分比为 O. 6-1. 3wt%，优选为 O. 7-1. Iwt % ο
6.根据权利要求1-5之一所述的铝合金，其特征在于，所述Cd在所述铝合金中的重量百分比为 O. 12-0. 19wt%，优选为 O. 14-0. 18wt%0
7.根据权利要求1-6之一所述的铝合金，其特征在于，所述Sr在所述铝合金中的重量百分比为 O. 08-0. 23wt%，优选为 O. 1-0. 2wt%0
8.根据权利要求1-7之一所述的铝合金，其特征在于，所述Bi在所述铝合金中的重量百分比为 O. 02-0. 12wt%，优选为 O. 05-0. Iwt%。
9.根据权利要求1-8之一所述的铝合金，其特征在于，所述Ti在所述铝合金中的重量百分比为 O. 01-0. 04wt%，优选为 O. 02-0. 03wt%o
10.根据权利要求1-9之一所述的铝合金，其特征在于，所述Fe在所述铝合金中的重量百分比为< O. 12wt% ;优选地，所述Si在所述铝合金中的重量百分比为< O. Iwt%。
全文摘要
本发明属于冶金领域，涉及铝合金，特别涉及一种高纯高强高韧铝合金，其包括以重量百分比wt％表示的以下组分Zn5-8.5wt％，Mg1.5-2.8wt%，Cu1.2-2.5wt％，Mn0.5-1.5wt％，Cd0.1-0.2wt％，Sr0.05-0.25wt％，Bi0.01-0.15wt％，Ti0.005-0.05wt%，Fe＜0.12wt％，Si＜0.1wt％，余量为Al。本发明所述的高纯高强高韧铝合金综合性能优异，其不但具有高纯度、高强度和高韧性，同时还具有良好的耐腐蚀性能以及可铸造成形性。
文档编号C22C21/10GK102776426SQ20121024026
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者叶伟炳 申请人:东莞市闻誉实业有限公司