本发明涉及金属材料制造领域，尤其涉及耐腐蚀超硬铝合金材料以及生产工艺。
背景技术：
铝合金是以铝为基体元素的合金，具有密度低、比强度高、塑性好、导电性和导热性好、耐腐蚀性能优异的特点，从而在航天、航空、汽车等领域得到了广泛应用。
铝合金材料包括主合金元素zn、mg、cu和微量元素zr，以及少量的杂质元素fe和si。铝合金材料zn、mg可形成强化效果显著的mgzn2，使该合金的热处理效果远远胜过于铝-锌二元合金，再经过经过受热处理，能够达到非常高的抗拉强度、强度特性，但是将导致铝合金抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的能力会下降。另一方面由于大部分合金元素在al中的固溶度低，合金的组织为固溶体基体上分布着不同尺度的复相颗粒，其中有尺寸在微米以上的粗大结晶相颗粒、高温沉淀的尺寸在微米以下的弥散相颗粒和时效析出的尺寸在011μm以下的析出相微粒。合金元素和杂质元素的含量超过其在al中的极限固溶度，即导致粗大的结晶相颗粒，粗大的结晶相颗粒是应力集中和裂纹萌生之处，对铝合金的断裂韧性、疲劳性能和应力腐蚀开裂均有显著影响。因此减少粗大结晶相颗粒是发展高性能铝合金需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对上述超硬铝合金材料抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的能力弱，粗大结晶相颗粒存在的现象，导致导致超硬铝合金的应力腐蚀、开裂的问题，本发明提供耐腐蚀超硬铝合金材料以及生产工艺。
本发明采用的技术方案如下：
耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu1.5-3％；mg1.8-2.5％，zn7.5-8.4％，ti0.03-0.06％，w0.55-2.5％，zr0.05-0.25％，dy0.05-0.08％，gd0.05-0.15％，er0.3-0.45％，ce0.3-0.4％，si0-0.1％，fe0-0.15％，其余为铝。
在其溶解度范围内向含有zn和mg的超硬铝合金中加入1.5-3％的cu，通过固溶方式能提高其强度、相对延伸率、塑性、耐蚀性和重复加载抗力；加入微量的zr后不论在加热变形之后还是在冷变形后，都能提高铝合金的再结晶温度，使之有可能在热处理后获得非再结晶组织，为了进一步提高超强度合金的强度，另外微量zr可提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能；再加入ti、w、zr之类的元素，能提高超强度性能和耐腐蚀性能，利于提高合金的再结晶温度，阻止在热变形和随后淬火加热时再结晶过程的进行，提高抗氧化性和耐腐蚀性；通过加入dy、gd、er、ce稀土元素，其原子半径为0.174-0.204mm，大于铝原子半径0.143mm，稀土元素比较活泼，它熔于铝液中，极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得晶核生长的速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化，另外，铝与dy、gd、er、ce形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数的大量增加而使合金的组织细化，从而降低超硬铝合金的应力腐蚀开裂；通过降低fe和si等有害的杂质，避免形成a1fesi等脆性相；在塑性变形过程中，从而避免了由于基体与脆性相变形不协调，在相界面上形成孔隙，产生微细裂纹，导致的显著降低高强度铝合金的断裂韧性。
优选地，耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu2.1％；mg2.0％，zn7.9％，ti0.04％，w1.2％，zr0.11％，dy0.06％，gd0.08％，er0.32％，ce0.31％，si0.05％，fe0.08％，其余为铝。
优选地，耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu2.5％；mg2.3％，zn8.1％，ti0.05％，w1.8％，zr0.21％，dy0.07％，gd0.11％，er0.41％，ce0.36％，si0.06％，fe0.11％，其余为铝。
耐腐蚀超硬铝合金材料的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将铝锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为730-750℃，搅拌金属熔液并除渣；
(2)按上述配比加入cu、mg、zn元素，搅拌使合金液体充分混合8-10min钟，再加入dy、gd、er、ce，并将熔炉的温度降到693-695℃，搅拌使合金液体充分混合14-16min，按上述配比加入ti、w、zr元素，并将熔炉的温度升到722-724℃，搅拌使合金液体充分混合16-20min；
(3)向金属熔液中充入氮气并入加精练剂进行精炼，精炼剂混合在氮气中与氮气一起进入金属熔液，氮气流量为14-16l/min，氮气压力为0.44-0.46mpa，对金属熔液进行搅拌并除渣，得到精炼合金液；
(4)在585-595℃的温度下进行氮气保护模铸，凝固后将温度保持在203-205℃，保温时间为16-18h，然后用水冷以3-5℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，得到耐腐蚀超硬合金材料。
优选地，所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.2-0.23％。
所述精炼剂来自于市售。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长，适合用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件；
2.在其溶解度范围内向含有zn和mg的超硬铝合金中加入1.5-3％的cu，通过固溶方式能提高其强度、相对延伸率、塑性、耐蚀性和重复加载抗力；加入微量的zr不论在加热变形之后还是在冷变形后，都能提高铝合金的再结晶温度，使之有可能在热处理后获得非再结晶组织，为了进一步提高超强度合金的强度，另外，微量zr可进一步的提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能；
3.加入ti、w、zr之类的元素，能提高超强度性能和耐腐蚀性能，利于提高合金的再结晶温度，阻止在热变形和随后淬火加热时再结晶过程的进行，提高抗氧化性和耐腐蚀性；
4.通过加入dy、gd、er、ce稀土元素，其原子半径为0.174～0.204mm，大于铝原子半径0.143mm，且稀土元素比较活泼，它熔于铝液中，极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得晶核生长的速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化，另外，铝与dy、gd、er、ce形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数的大量增加而使合金的组织细化，从而降低超硬铝合金的应力腐蚀开裂；
5.通过降低fe和si等有害的杂质，避免了形成a1fesi等脆性相；在塑性变形过程中，避免了由于基体与脆性相变形不协调，在相界面上形成孔隙，产生微细裂纹，导致的显著降低高强度铝合金的断裂韧性。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
实施例1
耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu1.5％；mg1.8％，zn7.5％，ti0.03％，w0.55％，zr0.05％，dy0.05％，gd0.05％，er0.3％，ce0.3％，si0％，fe0％，其余为铝。
耐腐蚀超硬铝合金材料的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将铝锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为730℃，搅拌金属熔液并除渣；
(2)按上述配比加入cu、mg、zn元素，搅拌使合金液体充分混合8min钟，再加入dy、gd、er、ce，并将熔炉的温度降到693℃，搅拌使合金液体充分混合14min，按上述配比加入ti、w、zr元素，并将熔炉的温度升到722℃，搅拌使合金液体充分混合16min；
(3)向金属熔液中充入氮气并入加精练剂进行精炼，精炼剂混合在氮气中与氮气一起进入金属熔液，氮气流量为14l/min，氮气压力为0.44mpa，对金属熔液进行搅拌并除渣，得到精炼合金液；
(4)在585℃的温度下进行氮气保护模铸，凝固后将温度保持在203℃，保温时间为16h，然后用水冷以3℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，得到耐腐蚀超硬合金材料。
所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.2％。
通过本实施例制得的耐腐蚀超硬铝合金材料的屈服强度530mpa(25℃)，拉伸强度580mpa(25℃)，延伸率15％。
实施例2
耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu3％；mg2.5％，zn8.4％，ti0.06％，w2.5％，zr0.25％，dy0.08％，gd0.15％，er0.45％，ce0.4％，si0.1％，fe0.15％，其余为铝。
耐腐蚀超硬铝合金材料的生产工艺，包括以下步骤；
(1)将铝锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，搅拌金属熔液并除渣；
(2)按上述配比加入cu、mg、zn元素，搅拌使合金液体充分混合10min钟，再加入dy、gd、er、ce，并将熔炉的温度降到695℃，搅拌使合金液体充分混合16min，按上述配比加入ti、w、zr元素，并将熔炉的温度升到724℃，搅拌使合金液体充分混合20min；
(3)向金属熔液中充入氮气并入加精练剂进行精炼，精炼剂混合在氮气中与氮气一起进入金属熔液，氮气流量为16l/min，氮气压力为0.46mpa，对金属熔液进行搅拌并除渣，得到精炼合金液；
(4)在595℃的温度下进行氮气保护模铸，凝固后将温度保持在205℃，保温时间为18h，然后用水冷以5℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，得到耐腐蚀超硬合金材料。
所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.23％。
通过本实施例制得的耐腐蚀超硬铝合金材料的屈服强度535mpa(25℃)，拉伸强度575mpa(25℃)，延伸率16％。
实施例3
耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu2.1％；mg2.0％，zn7.9％，ti0.04％，w1.2％，zr0.11％，dy0.06％，gd0.08％，er0.32％，ce0.31％，si0.05％，fe0.08％，其余为铝。
耐腐蚀超硬铝合金材料的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将铝锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为740℃，搅拌金属熔液并除渣；
(2)按上述配比加入cu、mg、zn元素，搅拌使合金液体充分混合9min钟，再加入dy、gd、er、ce，并将熔炉的温度降到693℃，搅拌使合金液体充分混合15min，按上述配比加入ti、w、zr元素，并将熔炉的温度升到724℃，搅拌使合金液体充分混合20min；
(3)向金属熔液中充入氮气并入加精练剂进行精炼，精炼剂混合在氮气中与氮气一起进入金属熔液，氮气流量为16l/min，氮气压力为0.45mpa，对金属熔液进行搅拌并除渣，得到精炼合金液；
(4)在590℃的温度下进行氮气保护模铸，凝固后将温度保持在203℃，保温时间为17h，然后用水冷以4℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，得到耐腐蚀超硬合金材料。
所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.21％。
通过本实施例制得的耐腐蚀超硬铝合金材料的屈服强度525mpa(25℃)，拉伸强度570mpa(25℃)，延伸率12％。
实施例4
耐腐蚀超硬铝合金材料，所述的耐腐蚀超硬铝合金材料的原料质量百分比组成为：cu2.5％；mg2.3％，zn8.1％，ti0.05％，w1.8％，zr0.21％，dy0.07％，gd0.11％，er0.41％，ce0.36％，si0.06％，fe0.11％，其余为铝。
耐腐蚀超硬铝合金材料的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将铝锭置入熔炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，搅拌金属熔液并除渣；
(2)按上述配比加入cu、mg、zn元素，搅拌使合金液体充分混合10min钟，再加入dy、gd、er、ce，并将熔炉的温度降到695℃，搅拌使合金液体充分混合16min，按上述配比加入ti、w、zr元素，并将熔炉的温度升到724℃，搅拌使合金液体充分混合20min；
(3)向金属熔液中充入氮气并入加精练剂进行精炼，精炼剂混合在氮气中与氮气一起进入金属熔液，氮气流量为16l/min，氮气压力为0.46mpa，对金属熔液进行搅拌并除渣，得到精炼合金液；
(4)在595℃的温度下进行氮气保护模铸，凝固后将温度保持在205℃，保温时间为18h，然后用水冷以5℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，得到耐腐蚀超硬合金材料。所述精炼剂质量为熔炉中金属总质量的0.23％。
通过本实施例制得的耐腐蚀超硬铝合金材料的屈服强度522mpa(25℃)，拉伸强度582mpa(25℃)，延伸率16％。