[发明专利]一种纳米析出相增强Al-Er合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属合金技术领域。

背景技术

航空、航天等高新技术的发展对铝合金的性能提出了越来越高的要求，铝合金正朝着高比强、高比模、高损伤容限和耐热、耐蚀方向发展，而微合金化一直是挖掘合金潜力、改善合金性能并进一步开发新型铝合金的重要手段，成为当今国内外材料界关注的热点。近年来尽管在此方面已进行了大量的探索，并取得了重要进展，但微量元素在铝合金中的存在形式及作用机制仍存在较大争议和分歧。继续开展此方面的研究，不断积累有关资料和数据，并从理论上加以总结和深化，对于改善现有合金的性能和设计新材料都有很大意义。

目前，国内外学者对含铝铒合金的组织与性能进行了分析研究，认为稀土元素Er是铝合金中继Sc之后的又一种有效的微合金化元素，添加微量的Er可以细化合金铸态晶粒；可以在保持合金的延伸率基本不变的前提下，大幅度提高纯铝的室温强度；可以阻碍或推迟合金再结晶过程的进行,提高合金的再结晶温度约50℃，有利于高温性能的改善。

Al₃Er相属于Pm3m空间群(AuCu₃结构)，L1₂型晶体结构，它的晶格常数(0.4215nm)与Al基体的(0.4049nm)非常接近，因而由过饱和固溶体分解而成的细小Al₃Er相与基体有较好的界面共格性，是有效的强化相，对于提高合金的力学性能非常有益；如在晶界上分布的Al₃Er粒子尺寸较大，则会丧失与铝基体的共格性，起不到沉淀强化的作用，而弥散析出的纳米Al₃Er粒子能与铝基体保持良好的共格性，起到良好的沉淀强化的作用。此外Al₃Er 粒子的熔点很高，可以阻止高温时晶界的迁移、晶粒的长大以及晶界滑移，从而有利于提高合金的高温力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米析出相增强Al-Er合金的制备方法。

一种纳米析出相增强Al-Er合金的制备方法，其特性在于：首先在工业纯铝熔体中加入稀土元素Er，其中稀土元素Er占最终产物的重量百分比为0.02-00.5%，然后将上述熔体快速冷却和凝固，之后在630-640℃温度范围内，经高能超声振动或电磁搅拌处理12-48h后，浇注取样，再在150-400℃进行等温时效处理1-8h。

本发明使得稀土元素Er在Al合金中的固溶度增加，同时充分与Al发生共晶反应，形成与Al基体有较好的界面共格性的Al₃Er增强相，经等温时效处理后在Al基体中和晶界处析出纳米Al₃Er相，显著提高了Al-Er合金的力学性能，从而为新型稀土铝合金的开发和应用奠定基础。

本发明的技术效果是：经过此工艺处理Al-Er合金中在基体Al中和晶界处可析纳米尺寸的Al₃Er增强相，所获得Al-Er合金抗拉强度的较纯铝的抗拉强度可提高近25%。

附图说明

附图为纯Al和Al-Er合金室温抗拉强度曲线图。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

在工业纯铝熔体中加入稀土元素Er，其中稀土元素Er占最终产物的重量百分比为0.03%，然后将上述熔体快速冷却和凝固，之后在630℃经高能超声振动处理24h后，浇注取样，再在200℃进行等温时效处理，处理时间为8h。

实施例2。

在工业纯铝熔体中加入稀土元素Er，其中稀土元素Er占最终产物的重量百分比为0.03%，然后将上述熔体快速冷却和凝固，之后在640℃经电磁搅拌处理48h后，浇注取样，再在250℃进行等温时效处理，处理时间为4h。

实施例3。

在工业纯铝熔体中加入稀土元素Er，其中稀土元素Er占最终产物的重量百分比为0.45%，然后将上述熔体快速冷却和凝固，之后在640℃经高能超声振动处理12h后，浇注取样，再在300℃进行等温时效处理，处理时间为6h。

而经过实施实例工艺处理的稀土元素Er在纯铝中充分的固溶且与Al在共晶反应温度范围充分反应，经等温时效处理后析出纳米级Al₃Er相。由于Al₃Er相能与基体有较好的界面共格性，对于提高合金的力学性能非常有益，可显著提高合金的力学性能。从图1中可以看出，纯铝抗拉强度仅为75MPa，而3个实施例得到的Al-Er合金抗拉强度均得到大幅提高，其中实施例2得到的Al-Er合金抗拉强度达到94MPa，较纯铝的抗拉强度提高了25%。