低周疲劳下抗腐蚀磨损的稀土增强铝合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金，具体而言，涉及一种低周疲劳下抗腐蚀磨损的稀土增强铝合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、在航空、航天、制造、汽车、船舶、机械及化学工业中，铝合金由于其高强度、良好的耐腐蚀性已得到越来越广泛的应用。同时随着工业经济的飞速发展，工况环境对铝合金结构件的性能要求愈加苛刻，经常在保证高强度和耐蚀性的同时，铝合金还要满足高韧性、高疲劳寿命及可加工性等技术要求。通过研究发现，铝合金的强度大多通过合金内部位错的增殖与塞积造成材料的硬化实现，而提供塞积的可沉淀强化质点在合金的抗腐蚀性能上大多表现不佳，虽然可以添加锆、钒、硼、钛等元素进行铝合金的改性，但同时也损失其部分的韧性和疲劳强度；部分文献记载通过喷涂方式解决，但一些耐磨蚀的铝基合金涂层由于其内部脆性较大，涂层质量不易控制，导致其在某些高强度领域无法有效应用，因此需要研制一种耐腐蚀抗疲劳的高强度铝合金构件材料来解决此类问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种低周疲劳下抗腐蚀磨损的稀土增强铝合金材料及其制备方法，以解决现有技术中的铝合金构件材料难以兼顾耐腐蚀抗疲劳、高强度和高韧性的技术问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低周疲劳下抗腐蚀磨损的稀土增强铝合金材料，以质量百分比计，该稀土增强铝合金材料包括：含量为3％～5％的fe，含量为4％～6％的nd，含量为6％～8％的co，含量为5％～8％的ni，含量为3％～5％的y，总含量≤0.4％的sc和er，总含量≤3％的ti和mg，含量≤2％的si，含量为1～2％的c，余量为al和不可避免的杂质，且杂质的总含量小于0.15％；其中，稀土增强铝合金材料的低周疲劳性能nf为1×104下稳定循环服役。

3、进一步地，上述sc和er的质量比为1～3：1，和/或ti和mg的质量比为1～2：1。

4、进一步地，上述稀土增强铝合金材料的抗拉强度为300～320mpa、屈服强度为250～265mpa、断裂伸长率为20～22％、碱腐蚀减重为0.47×10-2～0.57×10-2g、酸腐蚀减重为0.55×10-2～0.70×10-2g、硬度为82～86hb。

5、根据本发明的另一个方面，提供了一种前述稀土增强铝合金材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，将包括粗铝锭、铝铁合金、铝铌合金、铝镍合金、铝钴合金的原料进行第一熔炼，得到第一熔体；步骤s2，将包括第一熔体、铝硅合金、铝铒合金、铝钪合金和铝钇合金的原料进行第二熔炼，得到第二熔体；步骤s3，将包括第二熔体、铝镁合金、铝钛合金和铝碳合金的原料进行第三熔炼，得到第三熔体；以及步骤s4，将第三熔体依次进行冷凝成型、加工变形热处理，得到稀土增强铝合金材料；其中，冷凝成型的过程以液氮为冷凝介质进行冷凝成型，液氮的温度≤-15℃。

6、进一步地，上述步骤s1中，第一熔炼的温度为800～820℃，和/或第一熔炼的真空度≤10-3mpa，和/或第一熔炼的时间为10～15min。

7、进一步地，上述步骤s2中，第二熔炼的温度为775～785℃，和/或第二熔炼的真空度≤10-3mpa，和/或第二熔炼的时间为5～10min，优选对第二熔体进行静置处理3～5min。

8、进一步地，上述步骤s3中，第三熔炼的温度为715～735℃，和/或第三熔炼的真空度≤10-3mpa，和/或第三熔炼的时间为10～15min，优选对第三熔体进行静置处理5～10min。

9、进一步地，上述冷凝成型的时间为5～15s，优选冷凝成型开始时第三熔体的温度为540～560℃，优选第三熔体所在的真空度≤10-3mpa。

10、进一步地，上述加工变形热处理的过程包括依次进行的加温挤压成型、自然时效和人工时效，优选加温挤压成型的温度为230℃～250℃，优选加温挤压成型的纵向变形量为3～3.5％，优选加温挤压成型的横向变形量≤(1～1.5％)；优选自然时效为在20～25℃下保温20～24h，优选人工时效为在150～180℃下保温10～15h。

11、进一步地，上述制备方法还包括：在加工变形热处理所得材料的表面包覆非晶合金纳米化层，得到改性材料；在惰性气体氛围中，对改性材料进行热等静压处理，得到稀土增强铝合金材料；其中，以质量百分比计，非晶合金纳米化层包括40～55％的a1，6～10％的ni，5～8％的ti，5～10％的zr，6～8％的cu，2～3％的co，2～3％的er，3～4％的sc以及5～6％的y；优选热等静压处理的压力10～15mpa，优选热等静压处理的温度为280～300℃，优选热等静压处理的时间为2～3h；优选将非晶合金纳米化材料雾化后喷涂在加工变形热处理所得材料的表面，形成非晶合金纳米化层，优选雾化后非晶合金纳米化材料的粒径为20～50μm。

12、应用本发明的技术方案，在铝合金中添加镍、钴、铁以及铌合金元素可以提高铝合金的耐磨性、延展性和耐腐蚀性；合金中添加稀土元素，能够起到微合金化和细化晶粒的作用，从而有效提高铝合金的韧性及力学强度；本发明通过控制各元素的含量在以上范围内，尤其是通过控制sc、er、ti、mg元素含量，从而提升了各元素之间的协同配合作用，使得铝合金在保持自身高强度、韧性以及抗低周疲劳性的情况下，优化了合金的整体耐腐蚀磨损性能，具有以上综合性能的铝合金材料更有应用价值。

技术特征：

1.一种低周疲劳下抗腐蚀磨损的稀土增强铝合金材料，其特征在于，以质量百分比计，所述稀土增强铝合金材料包括：含量为3％～5％的fe，含量为4％～6％的nd，含量为6％～8％的co，含量为5％～8％的ni，含量为3％～5％的y，总含量≤0.4％的sc和er，总含量≤3％的ti和mg，含量≤2％的si，含量为1～2％的c，余量为al和不可避免的杂质，且杂质的总含量小于0.15％；

2.根据权利要求1所述的稀土增强铝合金材料，其特征在于，所述sc和所述er的质量比为1～3：1，和/或所述ti和所述mg的质量比为1～2：1。

3.根据权利要求1或2所述的稀土增强铝合金材料，其特征在于，所述稀土增强铝合金材料的抗拉强度为300～320mpa、屈服强度为250～265mpa、断裂伸长率为20～22％、碱腐蚀减重为0.47×10-2～0.57×10-2g、酸腐蚀减重为0.55×10-2～0.70×10-2g、硬度为82～86hb。

4.一种权利要求1至3中任一项所述稀土增强铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述第一熔炼的温度为800～820℃，和/或所述第一熔炼的真空度≤10-3mpa，和/或所述第一熔炼的时间为10～15min。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述第二熔炼的温度为775～785℃，和/或所述第二熔炼的真空度≤10-3mpa，和/或所述第二熔炼的时间为5～10min，优选对所述第二熔体进行静置处理3～5min。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述第三熔炼的温度为715～735℃，和/或所述第三熔炼的真空度≤10-3mpa，和/或所述第三熔炼的时间为10～15min，优选对所述第三熔体进行静置处理5～10min。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷凝成型的时间为5～15s，优选所述冷凝成型开始时所述第三熔体的温度为540～560℃，优选所述第三熔体所在的真空度≤10-3mpa。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加工变形热处理的过程包括依次进行的加温挤压成型、自然时效和人工时效，优选所述加温挤压成型的温度为230℃～250℃，优选所述加温挤压成型的纵向变形量为3～3.5％，优选所述加温挤压成型的横向变形量≤(1～1.5％)；

10.根据权利要求4至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

技术总结
本发明提供了一种低周疲劳下抗腐蚀磨损的稀土增强铝合金材料及其制备方法。该铝合金材料包括：含量为3％～5％的Fe，含量为4％～6％的Nd，含量为6％～8％的Co，含量为5％～8％的Ni，含量为3％～5％的Y，总含量≤0.4％的Sc和Er，总含量≤3％的Ti和Mg，含量≤2％的Si，含量为1～2％的C，余量为Al和不可避免的杂质，稀土增强铝合金材料的低周疲劳性能N<subgt;f</subgt;为1×10<supgt;4</supgt;下稳定循环服役。通过控制各元素的含量在以上范围内，从而提升了各元素之间的协同配合作用，使得铝合金在保持自身高强度、韧性以及抗低周疲劳性的情况下，优化了合金的整体耐腐蚀磨损性能，具有以上综合性能的铝合金材料更有应用价值。

技术研发人员：杜善周,赵宇航,郝舞阳,高桂梅,高莹,李世春,刘大锐,常宁,黄涌波,范瑞成
受保护的技术使用者：中国神华能源股份有限公司哈尔乌素露天煤矿
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24