本发明属于铝合金制备技术领域，具体涉及一种含有稀土的铝合金及其制备方法。
背景技术：
目前，汽车工业已成为中国的支柱产业，尤其在2000年以后，随着我国人民群众物质生活水平显著提高，汽车已经成为现代社会家庭中的刚需品。汽车工业的发展，汽车保有量的增大，在促进我国制造业发展和给人们生活带来方便的同时，油耗带来的资源快速消费问题，尾气排放带来的环境污染问题日趋凸显。可以说轻量化是汽车工业节能减排的重要手段，也是汽车产业发展的必然趋势。而轻量化必然导致铝合金在汽车上的大量应用。典型的铝质零件一次减重效果可达30-40％，二次减重则可进一步提高到50％。汽车重量每减轻10％，最多可实现节油8％。每使用1kg铝，可使轿车寿命期减少20kg尾气排放。同时，铝是绿色环保材料，易回收，可循环利用。采用铝所节流的能量是生产该零件所用原铝耗能的6-12倍。
由于铝合金有着比钢铁更高的比强度，良好的碰撞吸能性，使得铝合金型材在作为汽车轻量化方面越来越受到重视。但是目前制造用于汽车轻量化的铝合金板材存在造价较高，生产效率较低，耐腐蚀性、抗压强、延伸率等性能达不到使用要求等问题。
中国专利文献“一种汽车保险杠用铝合金型材及其制备方法”(专利号：ZL201410740121.X)公开了一种汽车保险杠用铝合金，该铝合金包括如下质量百分比的元素：Zn 6.0-6.5、Mg 0.8-1.0、Mn 0.2-0.3、Cu 0.1-0.2、Cr 0.1-0.2、Ti 0.2-0.3，其余为Al和不可避免的杂质元素。该发明制得的铝合金具有良好的热变形性、机械加工性等特点，但存在着抗拉强度、延伸率较低，耐腐蚀性较差的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种含有稀土的铝合金及其制备方法，以解决在中国专利文献“一种汽车保险杠用铝合金型材及其制备方法”(专利号：ZL201410740121.X)公开的铝合金配方基础上，如何优化组分、用量、方法等，提高铝合金的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种含有稀土的铝合金，包括如下原料：钛、锌、铁、硅、锰、铜、碳、铬、硼、镁、钼、钨、钒、稀土元素、精炼剂、五氟苯酚钠、晶粒细化剂、铝；
所述精炼剂以重量份为单位，包括以下原料：氯化钠15-30份、氟化钠12-20份、石墨6-9份、氟化钙5-8份；
所述晶粒细化剂以重量份为单位，包括以下原料：铝-硅-锰-铜-镧合金中间体3-6份、铝-钛-碳-铈合金中间体1-2份；所述铝-硅-锰-铜-镧合金中间体的铝、硅、锰、铜、镧的重量比为(85-93):(1.3-3.5):(2.6-6.7):(1.5-4.9):(0.8-1.3)；所述铝-钛-碳-铈合金中间体的铝、钛、碳、铈的重量比为(80-92):(1-1.6):(0.6-1.2):(0.2-0.4；
所述稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂的质量百分比为(3.5-5.6):(1.2-2.6):(3.5-4.7)。
优选地，所述稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂的质量百分比为3.5:2.6:4.2。
优选地，所述稀土元素以重量份为单位，包括以下原料：镧1.2-2.1份、铈1.1-1.5份、镨0.7-0.9份、钕0.2-0.8份、钐0.1-0.3份、镝0.4-0.7份、钬0.5-1.6份、镱0.1-0.6份、钇0.2-0.7份。
优选地，所述的含有稀土的铝合金包括如下质量百分比的原料：钛0.6％-1.3％、锌0.03％-0.1％、铁0.2％-0.6％、硅0.08％-0.23％、锰0.01％-0.2％、铜1.2％-1.6％、碳0.2％-0.8％、铬0.05％-0.07％、硼0.08％-1.31％、镁0.06％-0.15％、钼0.2％-0.9％、钨1.2％-1.7％、钒0.12％-0.67％、稀土元素3.5％-5.6％、精炼剂1％-2％、五氟苯酚钠1.2％-2.6％、晶粒细化剂3.5％-4.7％，其余为铝。
本发明还提供一种含有稀土的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：在电磁感应炉中加入铝锭，升高温度至850-900℃使其熔化，加入用铝箔包裹的重量份比例的硅、锰、铜、镧粉熔融，并对合金熔体进行搅拌，搅拌12-14min后，进行除气处理，静置，然后进行超声处理，得到铝-硅-锰-铜-镧合金中间体，超声处理的温度为780-800℃，超声功率为22-25KW，处理时间为26-32min；采用相同的方法制备铝-钛-碳-铈合金中间体；将铝-硅-锰-铜-镧合金中间体和铝-钛-碳-铈合金中间体按重量比制成晶粒细化剂，所述晶粒细化剂的尺寸为15μm以下；
S2：将钛、锌、铁、硅、锰、铜、碳、铬、硼、镁、钼、钨、钒、稀土元素按质量百分比投入到熔炼炉中熔融，得铝合金熔液；
S3：将铝合金熔液升温至740-750℃后，加入质量百分比的晶粒细化剂搅拌；
S4：在步骤S3中所得的熔液中加入精炼剂、五氟苯酚钠，同时通入惰性气体，不断搅拌进行精炼，控制精炼温度为730-750℃，精炼后对熔液进行扒渣处理，然后冷却、静置30-40min；
S5：将步骤S3中所得的铝合金熔液进行铸件；
S6：对铸件进行480-520℃、6-10h的固溶处理，制得含有稀土的铝合金。
本发明具有以下有益效果：
(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3制得的铝合金的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性显著高于对比例5制得的铝合金的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性；同时由实施例1-3的数据可见，实施例2为最优实施例。
(2)由实施例2和对比例1-4的数据可见，稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂在制备铝合金中起到了协同作用，显著提高了铝合金材料的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性；这可能是：1)稀土元素属于典型的金属元素，活泼性强，在高温下易与铝液中溶解的非金属杂质元素相互作用，通过化学反应生成化合物。稀土元素镧、铈、镨、钕、钐、镝、钬、镱、钇的添加，可与氢气生成稀土氢化物，以化合物形式存在的氢不会聚集形成气泡，有效抑制了气泡的出现，降低了铝中针孔率，有一定的除氢、精炼和净化作用，从而提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性；2)五氟苯酚钠、稀土元素及本配方的其他组分一起使用，能减少Al+FeAl3的共晶硅的形成，使铝液中的Fe生成乳酸亚铁结晶沉淀，由于大多数含铁的结晶组织都十分粗大，直接影响铝合金的机械性能，因此添加五氟苯酚钠能提高铝合金铸造性能，提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率；3)晶粒细化剂可以阻碍晶粒的生长，使得铝合金晶粒细化，有利于铝合金断裂过程中裂纹萌生位置和扩张途径发生改变，使得铝合金得韧化，从而提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率；同时，晶粒细化剂与本配方的稀土元素一起使用，能够使铝合金强度明显提高，这与对其晶粒细化作用有关，使粗晶组织在恢复与再结晶过程中得到有效控制，经均匀化退火后，得到弥散强化的细晶组织，并且多余的稀土元素容易与过剩的硅元素反应，削弱硅化镁的强化效果，从而能够增强抗拉强度和耐腐蚀性。
(3)稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂作为补强体系，通过控制稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂的质量百分比为(3.5-5.6):(1.2-2.6):(3.5-4.7)，实现在补强体系中以稀土元素作为体系的主导作用原料，同时五氟苯酚钠能提高铝合金铸造性能，晶粒细化剂可以阻碍晶粒的生长，使得铝合金晶粒细化，有利于铝合金断裂过程中裂纹萌生位置和扩张途径发生改变，使得铝合金得韧化。从而使得补强体系运用到本发明的含有稀土的铝合金中能够有效提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述含有稀土的铝合金，包括如下质量百分比的原料：钛0.6％-1.3％、锌0.03％-0.1％、铁0.2％-0.6％、硅0.08％-0.23％、锰0.01％-0.2％、铜1.2％-1.6％、碳0.2％-0.8％、铬0.05％-0.07％、硼0.08％-1.31％、镁0.06％-0.15％、钼0.2％-0.9％、钨1.2％-1.7％、钒0.12％-0.67％、稀土元素3.5％-5.6％、精炼剂1％-2％、五氟苯酚钠1.2％-2.6％、晶粒细化剂3.5％-4.7％，其余为铝；
所述稀土元素以重量份为单位，包括以下原料：镧1.2-2.1份、铈1.1-1.5份、镨0.7-0.9份、钕0.2-0.8份、钐0.1-0.3份、镝0.4-0.7份、钬0.5-1.6份、镱0.1-0.6份、钇0.2-0.7份；
所述精炼剂以重量份为单位，包括以下原料：氯化钠15-30份、氟化钠12-20份、石墨6-9份、氟化钙5-8份；
所述晶粒细化剂以重量份为单位，包括以下原料：铝-硅-锰-铜-镧合金中间体3-6份、铝-钛-碳-铈合金中间体1-2份；所述铝-硅-锰-铜-镧合金中间体的铝、硅、锰、铜、镧的重量比为(85-93):(1.3-3.5):(2.6-6.7):(1.5-4.9):(0.8-1.3)；所述铝-钛-碳-铈合金中间体的铝、钛、碳、铈的重量比为(80-92):(1-1.6):(0.6-1.2):(0.2-0.4)；
所述含有稀土的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：在电磁感应炉中加入铝锭，升高温度至850-900℃使其熔化，加入用铝箔包裹的重量份比例的硅、锰、铜、镧粉熔融，并对合金熔体进行搅拌，搅拌12-14min后，进行除气处理，静置，然后进行超声处理，得到铝-硅-锰-铜-镧合金中间体，超声处理的温度为780-800℃，超声功率为22-25KW，处理时间为26-32min；采用相同的方法制备铝-钛-碳-铈合金中间体；将铝-硅-锰-铜-镧合金中间体和铝-钛-碳-铈合金中间体按重量比制成晶粒细化剂，所述晶粒细化剂的尺寸为15μm以下；
S2：将钛、锌、铁、硅、锰、铜、碳、铬、硼、镁、钼、钨、钒、稀土元素按质量百分比投入到熔炼炉中熔融，得铝合金熔液；
S3：将铝合金熔液升温至740-750℃后，加入质量百分比的晶粒细化剂搅拌；
S4：在步骤S3中所得的熔液中加入精炼剂、五氟苯酚钠，同时通入惰性气体，不断搅拌进行精炼，控制精炼温度为730-750℃，精炼后对熔液进行扒渣处理，然后冷却、静置30-40min；
S5：将步骤S3中所得的铝合金熔液进行铸件；
S6：对铸件进行480-520℃、6-10h的固溶处理，制得含有稀土的铝合金。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种含有稀土的铝合金，包括如下质量百分比的原料：钛1.3％、锌0.03％、铁0.6％、硅0.12％、锰0.2％、铜1.2％、碳0.5％、铬0.06％、硼1.31％、镁0.12％、钼0.4％、钨1.2％、钒0.67％、稀土元素4.5％、精炼剂1％、五氟苯酚钠1.2％、晶粒细化剂4.7％，其余为铝；
所述稀土元素以重量份为单位，包括以下原料：镧1.3份、铈1.1份、镨0.7份、钕0.2份、钐0.1份、镝0.4份、钬0.5份、镱0.1份、钇0.2份；
所述精炼剂以重量份为单位，包括以下原料：氯化钠15份、氟化钠13份、石墨6份、氟化钙5份；
所述晶粒细化剂以重量份为单位，包括以下原料：铝-硅-锰-铜-镧合金中间体3份、铝-钛-碳-铈合金中间体1份；所述铝-硅-锰-铜-镧合金中间体的铝、硅、锰、铜、镧的重量比为85:1.3:2.6:1.5:0.8；所述铝-钛-碳-铈合金中间体的铝、钛、碳、铈的重量比为80:1:0.6:0.2；
所述含有稀土的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：在电磁感应炉中加入铝锭，升高温度至880℃使其熔化，加入用铝箔包裹的重量份比例的硅、锰、铜、镧粉熔融，并对合金熔体进行搅拌，搅拌13min后，进行除气处理，静置，然后进行超声处理，得到铝-硅-锰-铜-镧合金中间体，超声处理的温度为800℃，超声功率为22KW，处理时间为26min；采用相同的方法制备铝-钛-碳-铈合金中间体；将铝-硅-锰-铜-镧合金中间体和铝-钛-碳-铈合金中间体按重量比制成晶粒细化剂，所述晶粒细化剂的尺寸为15μm以下；
S2：将钛、锌、铁、硅、锰、铜、碳、铬、硼、镁、钼、钨、钒、稀土元素按质量百分比投入到熔炼炉中熔融，得铝合金熔液；
S3：将铝合金熔液升温至740℃后，加加入质量百分比的晶粒细化剂搅拌；
S4：在步骤S3中所得的熔液中加入精炼剂、五氟苯酚钠，同时通入惰性气体，不断搅拌进行精炼，控制精炼温度为750℃，精炼后对熔液进行扒渣处理，然后冷却、静置35min；
S5：将步骤S3中所得的铝合金熔液进行铸件；
S6：对铸件进行480℃、8h的固溶处理，制得含有稀土的铝合金。
实施例2
一种含有稀土的铝合金，包括如下质量百分比的原料：钛0.9％、锌0.1％、铁0.5％、硅0.08％、锰0.15％、铜1.6％、碳0.2％、铬0.05％、硼0.11％、镁0.06％、钼0.2％、钨1.7％、钒0.43％、稀土元素3.5％、精炼剂1.6％、五氟苯酚钠2.6％、晶粒细化剂4.2％，其余为铝；
所述稀土元素以重量份为单位，包括以下原料：镧1.6份、铈1.3份、镨0.8份、钕0.6份、钐0.2份、镝0.6份、钬1份、镱0.4份、钇0.5份；
所述精炼剂以重量份为单位，包括以下原料：氯化钠25份、氟化钠16份、石墨8份、氟化钙7份；
所述晶粒细化剂以重量份为单位，包括以下原料：铝-硅-锰-铜-镧合金中间体5份、铝-钛-碳-铈合金中间体1.6份；所述铝-硅-锰-铜-镧合金中间体的铝、硅、锰、铜、镧的重量比为88:2.5:4.2:3.6:1；所述铝-钛-碳-铈合金中间体的铝、钛、碳、铈的重量比为86:1.5:0.9:0.3；
所述含有稀土的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：在电磁感应炉中加入铝锭，升高温度至850℃使其熔化，加入用铝箔包裹的重量份比例的硅、锰、铜、镧粉熔融，并对合金熔体进行搅拌，搅拌12min后，进行除气处理，静置，然后进行超声处理，得到铝-硅-锰-铜-镧合金中间体，超声处理的温度为790℃，超声功率为25KW，处理时间为28min；采用相同的方法制备铝-钛-碳-铈合金中间体；将铝-硅-锰-铜-镧合金中间体和铝-钛-碳-铈合金中间体按重量比制成晶粒细化剂，所述晶粒细化剂的尺寸为15μm以下；
S2：将钛、锌、铁、硅、锰、铜、碳、铬、硼、镁、钼、钨、钒、稀土元素按质量百分比投入到熔炼炉中熔融，得铝合金熔液；
S3：将铝合金熔液升温至750℃后，加入质量百分比的晶粒细化剂搅拌；
S4：在步骤S3中所得的熔液中加入精炼剂、五氟苯酚钠，同时通入惰性气体，不断搅拌进行精炼，控制精炼温度为740℃，精炼后对熔液进行扒渣处理，然后冷却、静置30min；
S5：将步骤S3中所得的铝合金熔液进行铸件；
S6：对铸件进行520℃、6h的固溶处理，制得含有稀土的铝合金。
实施例3
一种含有稀土的铝合金，包括如下质量百分比的原料：钛0.6％、锌0.07％、铁0.2％、硅0.23％、锰0.01％、铜1.5％、碳0.8％、铬0.07％、硼0.08％、镁0.15％、钼0.9％、钨1.6％、钒0.12％、稀土元素5.6％、精炼剂2％、五氟苯酚钠1.8％、晶粒细化剂3.5％，其余为铝；
所述稀土元素以重量份为单位，包括以下原料：镧2份、铈1.5份、镨0.9份、钕0.8份、钐0.3份、镝0.7份、钬1.6份、镱0.6份、钇0.7份；
所述精炼剂以重量份为单位，包括以下原料：氯化钠30份、氟化钠20份、石墨9份、氟化钙8份；
所述晶粒细化剂以重量份为单位，包括以下原料：铝-硅-锰-铜-镧合金中间体6份、铝-钛-碳-铈合金中间体2份；所述铝-硅-锰-铜-镧合金中间体的铝、硅、锰、铜、镧的重量比为93:3.5:6.7:4.9:1.3；所述铝-钛-碳-铈合金中间体的铝、钛、碳、铈的重量比为92:1.6:1.2:0.4；
所述含有稀土的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：在电磁感应炉中加入铝锭，升高温度至900℃使其熔化，加入用铝箔包裹的重量份比例的硅、锰、铜、镧粉熔融，并对合金熔体进行搅拌，搅拌14min后，进行除气处理，静置，然后进行超声处理，得到铝-硅-锰-铜-镧合金中间体，超声处理的温度为780℃，超声功率为23KW，处理时间为32min；采用相同的方法制备铝-钛-碳-铈合金中间体；将铝-硅-锰-铜-镧合金中间体和铝-钛-碳-铈合金中间体按重量比制成晶粒细化剂，所述晶粒细化剂的尺寸为15μm以下；
S2：将钛、锌、铁、硅、锰、铜、碳、铬、硼、镁、钼、钨、钒、稀土元素按质量百分比投入到熔炼炉中熔融，得铝合金熔液；
S3：将铝合金熔液升温至745℃后，加入质量百分比的晶粒细化剂搅拌；
S4：在步骤S3中所得的熔液中加入精炼剂、五氟苯酚钠，同时通入惰性气体，不断搅拌进行精炼，控制精炼温度为730℃，精炼后对熔液进行扒渣处理，然后冷却、静置40min；
S5：将步骤S3中所得的铝合金熔液进行铸件；
S6：对铸件进行500℃、10h的固溶处理，制得含有稀土的铝合金。
对比例1
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备含有稀土的铝合金的原料中缺少稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂。
对比例2
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备含有稀土的铝合金的原料中缺少稀土元素。
对比例3
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备含有稀土的铝合金的原料中缺少五氟苯酚钠。
对比例4
与实施例2的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备含有稀土的铝合金的原料中缺少晶粒细化剂。
对比例5
采用中国专利文献“一种汽车保险杠用铝合金型材及其制备方法”(专利号：ZL201410740121.X)实施例1-6的工艺制备铝合金。
对实施例1-3和对比例1-5制得的铝合金进行性能测试，结果如下表所示。其中，抗拉强度和延伸率的测试是将实施例1-3和对比例1-5制得的铝合金按国家标准GB7963-87加工为标准试样后通过拉伸机同步测得；耐腐蚀性是采用盐雾试验，人为增加环境的腐蚀能力，平均12h观察各组铝合金材料表面的变化，测量铝合金的质量损失。
由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3制得的铝合金的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性显著高于对比例5制得的铝合金的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性；同时由实施例1-3的数据可见，实施例2为最优实施例。
(2)由实施例2和对比例1-4的数据可见，稀土元素、五氟苯酚钠、晶粒细化剂在制备铝合金中起到了协同作用，显著提高了铝合金材料的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性；这可能是：1)稀土元素属于典型的金属元素，活泼性强，在高温下易与铝液中溶解的非金属杂质元素相互作用，通过化学反应生成化合物。稀土元素镧、铈、镨、钕、钐、镝、钬、镱、钇的添加，可与氢气生成稀土氢化物，以化合物形式存在的氢不会聚集形成气泡，有效抑制了气泡的出现，降低了铝中针孔率，有一定的除氢、精炼和净化作用，从而提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率和耐腐蚀性；2)五氟苯酚钠、稀土元素及本配方的其他组分一起使用，能减少Al+FeAl3的共晶硅的形成，使铝液中的Fe生成乳酸亚铁结晶沉淀，由于大多数含铁的结晶组织都十分粗大，直接影响铝合金的机械性能，因此添加五氟苯酚钠能提高铝合金铸造性能，提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率；3)晶粒细化剂可以阻碍晶粒的生长，使得铝合金晶粒细化，有利于铝合金断裂过程中裂纹萌生位置和扩张途径发生改变，使得铝合金得韧化，从而提高铝合金材料的抗拉强度、延伸率；同时，晶粒细化剂与本配方的稀土元素一起使用，能够使铝合金强度明显提高，这与对其晶粒细化作用有关，使粗晶组织在恢复与再结晶过程中得到有效控制，经均匀化退火后，得到弥散强化的细晶组织，并且多余的稀土元素容易与过剩的硅元素反应，削弱硅化镁的强化效果，从而能够增强抗拉强度和耐腐蚀性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。