一種含稀土元素Er的噴射成形7xxx系鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高性能鋁合金材料的制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含稀土元素鉺的噴 射成形7χχχ系錯(cuò)合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 7ΧΧΧ系鋁合金是以航空航天用材為背景研制并發(fā)展起來(lái)的一類高強(qiáng)高韌鋁合金 材料，具有很高的抗拉強(qiáng)度，又能保持較高的韌性和耐腐蝕性，在航空航天、交通運(yùn)輸及其 他工業(yè)部門一直都發(fā)揮著重要的作用。提高7 ΧΧΧ系鋁合金中鋅元素含量，可有效的提高材 料的綜合性能，但對(duì)于大尺寸7ΧΧΧ系鋁合錠坯若采用鑄造生產(chǎn)則易出現(xiàn)嚴(yán)重的成分偏析 和熱裂，故可采用先進(jìn)的噴射成形技術(shù)。
[0003] 噴射成形技術(shù)是繼傳統(tǒng)熔鑄法與粉末冶金法之后一種新的材料制備技術(shù)，它用高 壓惰性氣體將金屬液流霧化成細(xì)小液滴，并使其沿噴嘴的軸線方向高速飛行，在這些液滴 尚未完全凝固之前，將其沉積到一定形狀的接收體上成形。通過(guò)合理地設(shè)計(jì)接收體的形狀 和控制其運(yùn)動(dòng)方式，便可以從液態(tài)金屬直接制備出具有快速凝固組織特征，晶粒細(xì)小、成分 均勻、合金元素過(guò)飽和度高、整體致密的不同形狀的沉積坯。
[0004] 目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種噴射成形7ΧΧΧ系鋁合金，但仍然不能滿足復(fù)雜條件高性 能鋁合金的使用需要，仍需進(jìn)一步改善其性能，發(fā)展更高性能的7 ΧΧΧ系噴射成形鋁合金很 有現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為進(jìn)一步提高7ΧΧΧ系噴射成形鋁合金的使用性能，尋找一種價(jià) 格相對(duì)便宜的稀土元素，以合適的量加入到合金中，改善合金的組織結(jié)構(gòu)，從而在考慮經(jīng)濟(jì) 性的同時(shí)使性能得到更好的提高。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種含稀土元素 Er的噴射成 形7xxx系鋁合金，按質(zhì)量百分比包括以下組份：Er 0. 3%?0. 8%，Zn 3. 0%?12. 0%，Mg 1. 0% ?4. 0%，Cu L 5% ?3. 5%，Al 余量。
[0007] 所述7xxx系鋁合金控制雜質(zhì)Si小于0. 1%，F(xiàn)e小于0. 1%，其它雜質(zhì)小于0. 3%，單 個(gè)雜質(zhì)小于0. 05%。
[0008] 一種含稀土元素 Er的噴射成形7xxx系鋁合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 將純鋁完全熔化并保溫700?800 °C，并加入干燥的鹵化物覆蓋，再加入Er、Cu、Zn、 Mg，得鋁合金液； (2) 將上述鋁合金液經(jīng)除氣后，制得鋁合金預(yù)制錠； (3) 將上述鋁合金預(yù)制錠熔化后，經(jīng)過(guò)中間包、導(dǎo)流管，通過(guò)氣體霧化噴嘴噴射出霧化 氣體對(duì)經(jīng)導(dǎo)流管流出的鋁合金液進(jìn)行噴射成形，沉積到接收盤上，霧化氣體選擇為氮?dú)?，?力0.5?LO MPa，合金熔體溫度750 °C?900 °C，中間包、導(dǎo)流管的溫度750 °C?900 °C，接收盤采用機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)保證與氣體霧化噴嘴的距離為400?600 mm ;通過(guò)熱擠壓變 形提高噴射鋁合金致密度，再進(jìn)行常規(guī)的均勻化處理和固溶時(shí)效處理。
[0009] 所述元素 Er、Cu、Zn、Mg以鋁-鉺、鋁-銅、鋅錠和鎂錠的形式加入。
[0010] 所述固溶時(shí)效處理的固溶溫度為460?470°C，固溶時(shí)間為0. 5?1小時(shí)，時(shí)效溫 度為120?150°C，時(shí)效時(shí)間為16?24小時(shí)。
[0011] 采用噴射成形工藝大幅度提高了 Zn在鋁基體中的溶解可增加強(qiáng)度，同時(shí)可以明 顯細(xì)化合金晶粒，有利于合金綜合性能的提高。稀土鉺在合金中的溶解度也有所提高，但仍 然很小，因此固溶強(qiáng)化作用極微。稀土元素 Er在鋁合金中合金化作用與Sc相似，且價(jià)格相 對(duì)低廉，是一種重要的微合金元素。稀土 Er易與Al等元素形成金屬間化合物，這種化合物 對(duì)晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，可以有效減小鋁合金的枝晶間距，細(xì)化晶粒組織，還可以與各種雜 質(zhì)元素形成化合物，消除有害雜質(zhì)的影響，其形成的金屬間化合物Al 3Er作為第二相能增加 鋁合金的強(qiáng)韌性，提高合金的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性等。其中少量的Er將與鋁合金中的雜質(zhì) 以化合物的形式從鋁中析出凈化熔體，過(guò)剩的Er主要與鋁形成Al 3Er相，提高合金的強(qiáng)度 和熱穩(wěn)定性，因而Er是非常適合的稀土添加元素。
[0012] 在制備鋁合金預(yù)制錠的鑄造階段采用熔體凈化手段，在合金熔體中添加稀土元素 鉺，可以凈化熔體，減少了針孔率，優(yōu)化合金整個(gè)制備工藝過(guò)程，最大限度使各合金元素從 固溶體中析出，確保第二相彌散細(xì)小的分布在完整的鋁基體中，從而實(shí)現(xiàn)組織的優(yōu)化、強(qiáng)度 的提尚。
[0013] 本發(fā)明的具體工藝方案：首先制備噴射成形所需的鋁合金預(yù)制錠。將純鋁錠放入 預(yù)熱700°C感應(yīng)電爐中熔化，待純鋁完全熔化后溫度升至700?800°C保溫，待純鋁完全熔 化后再加入烘干的鹵化物溶劑覆蓋，兼有防止氧化和吸附造渣精煉作用，將配比好的Al-Cu 中間合金用鋁箔包住直接加入到鋁液中，輕輕攪拌，使Al-Cu中間合金熔化并充分?jǐn)U散， 然后在720°C左右將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的純鋅、純鎂先后壓入到熔池底部，而后700°C左右加入 Al-Er中間合金，待完全熔化升溫至740°C左右對(duì)熔體用六氯乙烷（C2Cl6)進(jìn)行噴粉精煉，除 氣、除渣、覆蓋，靜置5?IOmin于700?710°C澆鑄為預(yù)制錠。與熔體接觸的工具均刷滑石 粉并干燥，防止熔體吸氣和被污染。將上述鋁合金預(yù)制錠重熔精煉后，經(jīng)過(guò)中間包、導(dǎo)流管， 通過(guò)氣體霧化噴嘴噴射出霧化氣體對(duì)經(jīng)導(dǎo)流管流出的鋁合金液進(jìn)行噴射成形，沉積到接收 盤上，霧化氣體為氮?dú)?，壓?.5?1.0 MPa，合金熔體溫度750?900 °C，中間包、導(dǎo)流管 的溫度750?900 °C，接收盤采用機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)保證與氣體霧化噴嘴的距離為400?600 mm ;通過(guò)熱擠壓變形提高噴射鋁合金致密度，擠壓工具在擠壓前必須加熱到300?400°C。 擠壓時(shí)，沉積坯加熱到45?550°C，擠壓模模座、筒等加熱至430°C /3. 5小時(shí)，擠壓速度 3-15m/min。經(jīng)熱擠壓后合金進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度460?470°C，固溶時(shí)間0. 5?1 小時(shí)，時(shí)效溫度為120?150°C，時(shí)效時(shí)間16?24小時(shí)，保證MgZn2、Al3Er等第二相在基體 的析出，析出相與基體應(yīng)力場(chǎng)較小，可有效提高合金的強(qiáng)度的同時(shí)，大幅度細(xì)化晶粒提高塑 性，從而提高鋁合金的綜合性能。
[0014] 本發(fā)明首次在7XXX系噴射成形鋁合金中添加稀土元素鉺，可以進(jìn)一步優(yōu)化合金 的組織，提高合金的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，因而鉺是非常適合的噴射成形7 XXX系鋁合金的稀土 添加元素。本發(fā)明的7XXX系鋁合金采用常規(guī)的噴射成形制備工藝，無(wú)需對(duì)原有設(shè)備大幅改 造，生產(chǎn)成本低，綜合性能優(yōu)良。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的鑄態(tài)合金的金相組織。
[0016] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的擠壓態(tài)合金斷口形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018] 實(shí)施例1 取工業(yè)純鋁100公