一种提高含铒Al-Mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法

本发明属于有色金属，具体涉及一种提高新型含铒al-mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法。

背景技术：

1、铝镁合金由于具有密度小、耐腐蚀性优异、加工可焊性好及比强度高等特点，使其广泛应用于房屋建筑、汽车制造业、航空航天及舰船领域的结构件，特别其在腐蚀的海洋环境中，其结构件材料的应用尤为突出。al-mg合金具有中等强度，由于主合金元素mg无法弥散析出，属于不可热处理强化铝合金，主要的强化方式是mg的固溶强化和形变强化。由于镁的加入，合金中的整体强化效果显著增强。镁的加入有利于al-mg合金的强化，主要原因有两个：(1)镁的加入有效地减小了稳态晶粒度，提高了位错密度和位错存储能力；(2)镁原子在塑性变形时容易偏聚到晶界，从而降低了晶界的迁移率，增加了晶界的缺陷密度。同时，一些报道表明，在al合金中添加少量的稀土元素(如sc、zr、er等)，可以在al基体中生成纳米尺寸的第二相颗粒，并与al基体共格并弥散分布，对铝合金的力学性能有明显的改善作用。由于5xxx铝合金广泛应用于海洋等腐蚀性环境中，除了其力学性能外，抗晶间腐蚀(igc)性能也很重要。当al-mg合金中的镁含量大于3.5wt.％时，镁原子优先从α-al中扩散，形成沿晶界的β-al3mg2相，严重降低了al-mg合金的耐蚀性。5xxx铝合金中igc的产生与β相在晶界的连续性有关。合金元素锌对al-mg合金的力学性能、晶间腐蚀行为和显微组织会产生一定的影响，在al-mg合金中，稳定的al-mg-zn三元相在晶粒内部均匀析出，并能在位错和al-mn相边界异质形核，抑制mg原子向晶界偏析，导致t相在晶界处不连续析出，显着降低了al-mg-zn合金的腐蚀敏感性并提高了合金的强度。

2、本发明采用新型铝镁合金，在铝镁合金中复合添加了er、zr元素，使合金与传统al-mg合金相比具备一定析出强化的效果。之后对合金进行一定程度的预变形，预变形可增加合金内部的位错密度，对合金的位错强化机制有较大的贡献，从而提高合金的机械性能。在预变形之后进行的稳定化退火工艺，可促使al-mg-zn相取代在晶界连续析出的β相，从而提高合金的耐腐蚀性能。最后进行的阳极氧化处理工艺，可去除表面氧化膜和杂质，同时进一步提高合金的耐腐蚀性能。进而实现新型含铒al-mg合金强度和耐腐蚀性能的双提升，大大提高了材料的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是针对新型含铒al-mg合金强度与耐腐蚀之间的矛盾问题，提供一种预变形、稳定化退火及阳极氧化相结合的处理方法，扩大其实际生产过程的应用范围。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、步骤一：al-mg合金板材的制备

4、本发明所使用的一种铝合金的质化学成分(wt.％)为：mg：5.2～6.2％，zn：0.3～0.8％，mn：0.5～0.7％，er：0.04～0.3％，zr：0.05～0.15％，fe＜0.3％，si＜0.2％，其余为al；铝镁合金板材制备采用半固态成型技术；第一步：将混合物在600℃～700℃下熔化；第二步：将合金快速冷却到480～580℃的半固态状态；第三步：使用螺旋搅拌器将半固态状态的铝镁合金进行搅拌，搅拌速度300～500转/分钟，搅拌时间10～30分钟；第四步：将合金进行(415～425)℃×360min+(515～525)℃×1000min的双级均匀化退火；第五步：将合金加热至500℃保温16小时后开始挤压，挤压压力103mn，挤压速度0.6mm/s，挤压比26.57，最终得到新型含铒铝镁合金热挤压板材；

5、步骤二：预变形样品的制备

6、预变形方法为冷轧和冷拔相结合方式；含铒铝镁合金热挤压板材首先进行10％～15％的冷轧变形，之后进行150℃/1小时的时效处理，以缓解内应力并改善塑性，最后进行1％～5％的冷拔变形；

7、步骤三：热处理工艺

8、在预变形样品的基础上进行温度为150～180℃，时间0～120h且不为0的退火处理；

9、步骤四：阳极氧化处理

10、将热处理后的合金进行酸洗与电解抛光处理，电解液为15～20％的硫酸，电流密度在1～3a/dm2，温度保持在0～20℃。

11、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：er：0.05％，zr：0.1％，zn：0.5％。

12、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：半固态成型温度为520℃。

13、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：搅拌方式采用机械搅拌，搅拌速度400转/分钟，搅拌时间20分钟。

14、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中双级均匀化处理工艺一级为415℃～425℃保温360min，二级为515℃～525℃保温1000min；更优选420℃/360min+520/℃×1000min。

15、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：冷轧变形量为12％，冷拔变形量为3％。

16、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：稳定化退火工艺为165℃/72h。

17、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：电解液为18％硫酸，电流密度为2a/dm2，温度保持在10℃。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)本发明通过预变形使合金内部位错密度显著提高，同时位错与弥散物产生相互作用，阻碍塑性变形过程中位错的运动，显著强化合金。

20、(2)本发明通过进行合适的稳定化退火工艺可促使al-mg-zn相取代原来在晶界连续析出的β相，大幅度提高合金的耐腐蚀性能。

21、(3)本发明通过进行阳极氧化处理，在稳定化退火的基础上进一步提高了合金的耐腐蚀性能。使新型含铒al-mg合金在确保长期耐腐蚀的同时具备优异的力学性能。

技术特征：

1.一种提高含铒al-mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，一种提高新型含铒al-mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铝合金中er的质量百分比含量为0.05％，zr：0.1％，zn：0.5％。

3.根据权利要求1所述的方法，一种提高新型含铒al-mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，搅拌速度400转/分钟，搅拌时间20分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，一种提高新型含铒al-mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，双级均匀化处理工艺一级为415℃～425℃保温360min，二级为515℃～525℃保温1000min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，双级均匀化处理工艺420℃/360min+520/℃×1000min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷轧变形量为12％，冷拔变形量为3％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，稳定化退火工艺为165℃/72h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电解液为18％硫酸，电流密度为2a/dm2，温度保持在10℃。

技术总结
一种提高含铒Al‑Mg合金机械性能与耐腐蚀性能的方法，属于有色金属技术领域。合金的化学成分(wt.％)：Mg 5.2～6.2％，Zn0.3～0.8％，Mn0.5～0.7％，Er0.04～0.3％，Zr0.05～0.15％，Fe＜0.3％，Si＜0.2％，其余为Al。所述方法包括：采用半固态成型技术制备含铒铝镁合金板材，之后进行12％冷轧+3％冷拔的预变形工艺处理，然后在此基础上进行165℃/72h的稳定化退火工艺处理，最后进行阳极氧化处理，从而获得高性能的含铒Al‑Mg合金。本发明可实现对含铒Al‑Mg合金强度与腐蚀性能之间的问题进行有效控制，获得兼顾强度和耐腐蚀的高质量含铒Al‑Mg合金。

技术研发人员：聂祚仁,张建宇,魏午,黄晖,荣莉,文胜平,吴晓蓝,高坤元
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/24