一种耐腐蚀高强铝合金及其制备方法与流程

本技术涉及新型航空铝合金材料领域，更具体地说，它涉及一种耐腐蚀高强铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、铝合金在航空领域的应用有着很长的历史，这是因为铝合金经过热处理可以达到相当高的强度，但重量却很轻，它极易弯曲和机械加工，而且成本低廉，因此高强度重量比、优异的延展性和高耐腐蚀性，是铝合金得以成为航空工业常用合金的重要因素。

2、在公开号为cn112481531a的中国发明专利申请文件中公开了一种高强耐磨耐腐蚀铝合金及其制备方法，按照质量百分比由以下原料组分构成：3.0-4.0％cu、0.7-0.9％si、0.4-0.8％bi、0.3-0.45％fe、0.2-0.4％sn、0.3-0.6％cr、0.1-0.2％b、0.05-0.1％ti、0.06-0.15％zn，余量为al和不可避免的杂质；还包括涂覆于铝合金表面的耐腐蚀涂层，所述涂层按照质量百分比由以下原料组分构成：35-50％cr、25-35％b，余量为ni。其还公开了该高强耐磨耐腐蚀铝合金的制备方法，具体包括对铝合金原料进行熔化、精炼、铸造成型，然后将耐腐蚀涂层喷料均匀喷涂于铝合金表面。

3、针对上述中的相关技术，发明人认为，上述铝合金应用于航空领域中，因其长期暴露于大气环境，特别是苛刻的海洋大气环境，耐腐蚀涂层与铝合金原料间的结合处容易被破坏，从而使铝合金原料与海洋大气里的腐蚀介质接触，加速了材料的失效而容易造成了巨大的经济损失和安全隐患，因此，目前亟需提出一种方案以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为了提高铝合金在海洋大气环境中的耐腐蚀性能，本技术提供一种耐腐蚀高强铝合金及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种耐腐蚀高强铝合金，采用如下的技术方案：

3、一种耐腐蚀高强铝合金，其包含以下质量百分比的原料制成：

4、镁0.55-1.25％；

5、铁0.08-0.12％；

6、铜1.3-2.5％；

7、锌0.15-0.23％；

8、铬0.07-0.15％；

9、钛0.05-0.13％；

10、镍0.03-0.06％；

11、硅0.32-0.68％；

12、锶0.06-0.12％；

13、锆0.05-0.1％；

14、改性石墨粉0.04-0.06％；

15、余量为铝；

16、所述改性石墨粉由石墨粉按以下步骤制备得到：

17、s1、将石墨粉、氧化铝粉按质量比为1:(1.2-2.6)混合后在浓硝酸溶液中25-30℃下搅拌反应1.5-2.5h，然后加热至80-90℃搅拌反应20-30min，加去离子水稀释，过滤洗涤干燥，得到预处理石墨粉；

18、s2、取四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯、氢氧化钠和去离子水按摩尔比为(3-5):(22-30):0.1:(650-750)混合，得到改性液；将预处理石墨粉浸没在改性液中，在150-180℃下反应5-8h，经过滤洗涤干燥后，得到改性石墨粉。

19、通过采用上述技术方案，石墨粉具有优异的耐高温定能和耐腐蚀性能，对石墨粉进行改性处理的过程中，能够在石墨表面形成结晶的硅铝酸盐，使石墨表面覆盖一层连续的膜结构，优化完善了石墨的表面结构，不仅相比最初的石墨粉，得到的改性石墨粉具有更加优异的耐腐蚀性能，还能够与铝合金的其他原料间具有良好的结合性能，能够保证得到铝合金成品的整体强度。因此，上述改性石墨粉的应用，能够保证其他原料所形成混合体系强度的稳定，并能够使得到的铝合金在海洋大气环境中具有优异的耐腐蚀性能，在航空工业中应用效果显著。

20、优选的，s1步骤中，四丙基氢氧化铵、正硅酸乙酯、氢氧化钠和去离子水的摩尔比为4.4:25:0.1:700。

21、通过采用上述技术方案，上述比例原料混合得到的改性液，在石墨的改性过程中起到的效果最为优异，使石墨表面的膜结构更加均匀致密和连续，进而使得到的改性石墨粉在应用过程中起到的耐腐蚀性能最为优异，且对铝合金其他原料混合体系带来的强度影响最小。

22、优选的，所述耐腐蚀高强铝合金的原料中还加入有质量百分比为0.1-0.2％的混合稀土元素料，所述混合稀土元素料由铈和钪按重量比为1:(0.3-0.7)组成。

23、通过采用上述技术方案，铈在海洋大气环境中易与腐蚀性离子件发生反应，产生一层致密的含铈元素的氯化物或氧化物层，进而起到优异的保护作用；钪的应用使腐蚀析出相沿晶界弥散分布，不易形成腐蚀通道，进而提高合金的耐腐蚀性能；而铈和钪按特定比例组成的混合稀土元素料，在本技术铝合金体系中，相互复配，能够大大提高得到铝合金的耐腐蚀性能。同时，混合稀土元素料和改性石墨粉的混合使用，能够相互配合并共同作用,进而能够改善铝合金的结晶条件，细化了晶粒和结晶，提高了铝合金的强度和耐腐蚀性能。

24、优选的，所述混合稀土元素料由铈和钪按重量比为1:0.55组成。

25、通过采用上述技术方案，上述比例的铈和钪所组成的混合稀土元素料，在本技术铝合金混合体系中起到的效果最为优异，对铝合金整体的强度和耐腐蚀性能提升较为明显。

26、第二方面，本技术提供一种耐腐蚀高强铝合金的制备方法，采用如下的技术方案：

27、一种耐腐蚀高强铝合金的制备方法，包括以下步骤：

28、(1)按配比准备包含镁、铁、铜、锌、铬、钛、镍、硅、锶、锆、改性石墨粉和铝的原料；

29、(2)将步骤(1)中的铝进行熔融，得到铝液，然后按比例加入其他组分原料进行熔炼，得到熔炼液；

30、(3)将步骤(2)得到熔炼液中加入使用精炼剂进行精炼处理，经除渣和脱气处理后，浇注制成耐腐蚀高强铝合金。

31、通过采用上述技术方案，本技术耐腐蚀高强铝合金的制备步骤较少，工艺简单，便于大规模生产。同时，铝进行熔融，再与其他各组分原料混合进行熔炼，以及后续进行精炼处理，过程易于进行品质管控，有利于保证得到耐腐蚀高强铝合金的品质。

32、优选的，步骤(2)中，熔炼温度为700-800℃，熔炼时间为2-3h。

33、通过采用上述技术方案，上述熔炼温度和熔炼时间，能够保证各组成原料的充分混合，使合金元素不易出现烧损，进而有利于最终得到品质优异稳定的铝合金。

34、优选的，步骤(3)中，精炼温度为820-880℃，精炼时间为20-30min。

35、通过采用上述技术方案，精炼是采用在熔炼液中添加精炼剂对其进行脱气和除渣处理，上述精炼温度和精炼时间，有利于合金元素的溶解及气体、夹杂物的排出，进而使最终得到的铝合金具有优异的品质。

36、优选的，所述精炼剂包含以下重量份的原料：

37、氟化钙8-12份；

38、氯化钠10-15份；

39、氯化锌5-10份；

40、氟硅酸钠5-9份；

41、氟化铝钠3-5份；

42、硫酸钠2-6份。

43、通过采用上述技术方案，上述原料组成的精炼剂具有较强的除杂和除气能力，提高铝合金的均匀性，且对铝合金组织起到变质和细化作用，有效减小铝合金的枝晶间距，进而使最终得到铝合金的强度和耐腐蚀性能有所提高。

44、优选的，所述精炼剂的用量为熔炼液质量的0.1-0.2％。

45、通过采用上述技术方案，上述添加量的精炼剂即能够发挥出充分的除杂和除气效果。

46、优选的，步骤(3)的精炼过程中通入使用惰性气体，惰性气体为氮气和氩气中的任意一种或两种按任意质量比的混合气体。

47、通过采用上述技术方案，通入惰性气体，利用气泡上述过程，即可以带出氢气，达到除气效果，又可以带出氧化杂质至熔炼液表面，有利于后续除渣，进而达到强化精炼的效果；而氮气和氩气无毒、无腐蚀性，且价格相对较低，所带来的效果也最为优异。

48、综上所述，本技术具有以下有益效果：

49、1、对石墨粉进行改性处理，在石墨表面形成结晶的硅铝酸盐，使石墨表面覆盖一层连续的膜结构，优化完善了石墨的表面结构，进而使得到的改性石墨粉在应用后，能够保证其他原料所形成混合体系强度的稳定，并能够使得到的铝合金在海洋大气环境中具有优异的耐腐蚀性能；

50、2、通过铈和钪按特定比例组成的混合稀土元素料，并通过混合稀土元素料和改性石墨粉的混合使用，在应用过程中，能够改善铝合金的结晶条件，细化了晶粒和结晶，提高了铝合金的强度和耐腐蚀性能；

51、3、在铝合金制备的精炼过程中，使用特定原料按特比配比组成的精炼剂，发挥出优异的除杂和除气能力，并对铝合金组织起到变质和细化作用，进而使最终得到铝合金的强度和耐腐蚀性能有所提高。