CN111349833A - 一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金及其制备方法，包括如下质量百分比的物质：Zn：6.0%‑8.0%；Mg：2.5%‑3.5%；Mn：0.3%‑0.6%；Sc：0.2%‑0.5%；余量为Al。本发明通过添加适量的稀土元素Sc，能够使得使铝合金在腐蚀过程中表面形成的氧化铝膜变得致密，阻止了铝合金的进一步腐蚀，从而能够改善高强变形铝合金的耐腐蚀性能，从而便于高强变形铝合金的广泛使用。本发明通过添加适量的稀土元素Sc的合金化的作用，细化铝合金的铸态组织中的初生相，减少初生第二相的数目，改善初生第二相的分布，在不改变已形成的铝锌镁锰系高强变形铝合金的铸造合金主要成分的基础上，使铝锌镁锰合金的原始铸态组织得到改善，有效提高铝锌镁锰系铸造铝合金抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金制造领域，具体地说是一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝合金的品种繁多，常见的有硬铝合金、高强变形铝合金、锻铝合金等，硬铝合金属可热处理强化，其特点是硬度大，但塑性较差 ；高强变形铝合金可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金，但耐腐蚀性差，高温软化快；锻铝合金主要是因而具有优良的热塑性，适宜锻造，故又称锻造铝合金。高强变形铝合金性能优异但是高强变形铝合金不耐腐蚀从而影响了高强变形铝合金的应用。
发明内容
本发明提供一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金及其制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，包括如下质量百分比的物质：Zn：6.0%-8.0%；Mg：2.5%-3.5%；Mn：0.3%-0.6%；Sc：0.2%-0.5%；余量为Al。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的杂质的含量小于0.2%。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的Mn的质量记为中间合金Al-Mn中Mn的质量。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的Sc的质量记为中间合金Al-Sc中Sc的质量。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的中间合金Al-Mn为中间合金Al-20Mn。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的中间合金Al- Sc为中间合金Al- 30Sc。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的Al的纯度为99.9%以上。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的Zn的纯度为99.9%以上。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的Mg的纯度为99.9%以上。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的中间合金Al-Mn的纯度为99.5%以上。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，所述的中间合金Al- Sc的纯度为99.5%以上。
一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按照配比准确称量Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn；
步骤二：将Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn预热至100-150℃；
步骤三：将熔融炉升温至200-300℃，加入预热好的Al，升温至690-730℃，至铝完全熔化；
步骤四：熔融炉升温至735-765℃，加入Zn、Mg、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Mn，保温至所用金属全部溶解；
步骤五：降温至670-700℃，通入氦气进行精炼除气处理；
步骤六：采用重力铸造法浇铸铝合金铸锭；
步骤七：铝合金铸锭进行固溶处理；
步骤八：铝合金铸锭进行完固溶处理后进行时效处理；
步骤九：铝合金铸锭进行完时效处理后热压处理，空冷至室温，即得铝合金成品。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，所述的步骤七的铝合金铸锭的固溶处理操作为：在385-425℃温度下保温为9-18h。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，所述的步骤八的铝合金铸锭时效处理操作为：在150-220℃温度下保温为7-14h。
如上所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，所述的步骤九的热压处理的操作为：将铝合金铸锭在390-430℃的温度下预热，预热完成后送入挤压机中在挤压比为22:1，挤压温度为430-450℃，挤压速度为0.8-1.5mm/s
本发明的优点是：本发明通过添加适量的稀土元素Sc，能够使得使铝合金在腐蚀过程中表面形成的氧化铝膜变得致密，阻止了铝合金的进一步腐蚀，从而能够改善高强变形铝合金的耐腐蚀性能，从而便于高强变形铝合金的广泛使用。本发明通过添加适量的稀土元素Sc的合金化的作用，细化铝合金的铸态组织中的初生相，减少初生第二相的数目，改善初生第二相的分布，在不改变已形成的铝锌镁锰系高强变形铝合金的铸造合金主要成分的基础上，使铝锌镁锰合金的原始铸态组织得到改善，有效提高铝锌镁锰系铸造铝合金抗腐蚀性能；同时本发明通过稀土元素Sc的加入，Sc与Al的电负性差值大于Sc与Mg的电负性差值，Al-Sc相形成温度要高于Al2Mg3相，所以在凝固过程中优先形成Al-Sc相；而且Al-Sc相的形成，消耗了合金中的Al原子，抑制了Al2Mg3相的形核和长大，使Al2Mg3相由沿晶界连续分布变为离散分布使合金中的第二相由单一的γ-Al2Mg3相转变为离散的共晶Al2Mg3相、针状的Al11Sc3相、块状的Al3Sc相和AlMnSc相；而且经过热挤压过程，使合金的组织及第二相均得到进一步的细化。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一：按照Zn：6.0%；Mg：2.5%%；Mn：0.3%；Sc：0.2%；余量为Al的配比准确称量Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn；
步骤二：将Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn预热至100℃；
步骤三：将熔融炉升温至200-300℃，加入预热好的Al，升温至690℃，至铝完全熔化；
步骤四：熔融炉升温至735℃，加入Zn、Mg、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Mn，保温至所用金属全部溶解；
步骤五：降温至670℃，通入氦气进行精炼除气处理；
步骤六：采用重力铸造法浇铸铝合金铸锭；
步骤七：铝合金铸锭进行固溶处理，即在385℃温度下保温为9h，空冷降温；
步骤八：铝合金铸锭进行完固溶处理后进行时效处理，即在150℃温度下保温为7h，空冷降温；
步骤九：铝合金铸锭进行完时效处理后在390℃的温度下预热，预热完成后送入挤压机中在挤压比为22:1，挤压温度为430℃，挤压速度为0.8mm/s，空冷至室温，即得铝合金成品。
实施例2
步骤一：按照Zn： 8.0%；Mg： 3.5%；Mn： 0.6%；Sc： 0.5%；余量为Al的配比准确称量Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn；
步骤二：将Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn预热至150℃；
步骤三：将熔融炉升温至300℃，加入预热好的Al，升温至730℃，至铝完全熔化；
步骤四：熔融炉升温至765℃，加入Zn、Mg、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Mn，保温至所用金属全部溶解；
步骤五：降温至700℃，通入氦气进行精炼除气处理；
步骤六：采用重力铸造法浇铸铝合金铸锭；
步骤七：铝合金铸锭进行固溶处理，即在425℃温度下保温为18h，空冷降温；
步骤八：铝合金铸锭进行完固溶处理后进行时效处理，即在220℃温度下保温为14h，空冷降温；
步骤九：铝合金铸锭进行完时效处理后在430℃的温度下预热，预热完成后送入挤压机中在挤压比为22:1，挤压温度为450℃，挤压速度为1.5mm/s，空冷至室温，即得铝合金成品。
实施例3
步骤一：按照Zn：7.0%；Mg：3.0%；Mn：0.45%；Sc：0.35%；余量为Al的配比准确称量Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn；
步骤二：将Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn预热至125℃；
步骤三：将熔融炉升温至250℃，加入预热好的Al，升温至710℃，至铝完全熔化；
步骤四：熔融炉升温至750℃，加入Zn、Mg、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Mn，保温至所用金属全部溶解；
步骤五：降温至685℃，通入氦气进行精炼除气处理；
步骤六：采用重力铸造法浇铸铝合金铸锭；
步骤七：铝合金铸锭进行固溶处理，即在405℃温度下保温为13.5h，空冷降温；
步骤八：铝合金铸锭进行完固溶处理后进行时效处理，即在185℃温度下保温为10.5h，空冷降温；
步骤九：铝合金铸锭进行完时效处理后在410℃的温度下预热，预热完成后送入挤压机中在挤压比为22:1，挤压温度为440℃，挤压速度为1.2mm/s，空冷至室温，即得铝合金成品。
验证试验
选用市面上销售的Al-Zn-Mg –Mn系高强变形铝合金作为对照例进行比较，实施例1-3以及对照例采用在30℃，10%NaCl中性盐溶液雾化腐蚀的方法腐蚀240h，试验结果如表一所示：
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照例 |
| 腐蚀速率（mg•cm-2•d-1） | 0.02359 | 0.02287 | 0.02017 | 0.07856 |
表一
根据表一的数据可知实施例1-3的腐蚀速度远小于对照例的腐蚀速度，故而本发明的产品能够有效的改善高强变形铝合金耐腐蚀性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括如下质量百分比的物质：Zn：6.0%-8.0%；Mg：2.5%-3.5%；Mn：0.3%-0.6%；Sc：0.2%-0.5%；余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，其特征在于：所述的杂质的含量小于0.2%。
3.根据权利要求1所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，其特征在于：
所述的Mn的质量记为中间合金Al-Mn中Mn的质量；
所述的Sc的质量记为中间合金Al- Sc中Sc的质量。
4.根据权利要求3所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，其特征在于：
所述的中间合金Al-Mn为中间合金Al-20Mn；
所述的中间合金Al- Sc为中间合金Al- 30Sc。
5.根据权利要求3所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金，其特征在于：
所述的Al的纯度为99.9%以上；
所述的Zn的纯度为99.9%以上；
所述的Mg的纯度为99.9%以上；
所述的中间合金Al-Mn的纯度为99.5%以上；
所述的中间合金Al- Sc的纯度为99.5%以上。
6.一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：按照配比准确称量Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn；
步骤二：将Al、Zn、Mg、中间合金Al- Sc、中间合金Al-Mn预热至100-150℃；
步骤三：将熔融炉升温至200-300℃，加入预热好的Al，升温至690-730℃，至铝完全熔化；
步骤四：熔融炉升温至735-765℃，加入Zn、Mg、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Mn，保温至所用金属全部溶解；
步骤五：降温至670-700℃，通入氦气进行精炼除气处理；
步骤六：采用重力铸造法浇铸铝合金铸锭；
步骤七：铝合金铸锭进行固溶处理；
步骤八：铝合金铸锭进行完固溶处理后进行时效处理；
步骤九：铝合金铸锭进行完时效处理后热压处理，空冷至室温，即得铝合金成品。
7.根据权利要求6所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤七的铝合金铸锭的固溶处理操作为：在385-425℃温度下保温为9-18h。
8.根据权利要求6所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤八的铝合金铸锭时效处理操作为：在150-220℃温度下保温为7-14h。
9.根据权利要求6所述的一种添加稀土钪的耐腐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤九的热压处理的操作为：将铝合金铸锭在390-430℃的温度下预热，预热完成后送入挤压机中在挤压比为22:1，挤压温度为430-450℃，挤压速度为0.8-1.5mm/s。
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