[发明专利]一种Al-Er-Zr-Si铝合金及热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，具体涉及一种含Si的Al-Er-Zr合金及热处理工艺。

背景技术

微合金化是提高铝合金综合性能的一种途径。虽然微合金化元素的添加量一般少于0.5wt.%，但是这同样大大提高了铝合金的综合性能。其中以Sc元素的微合金效果最为显著，Sc能够和Al形成纳米相Al₃Sc，当和Zr复合添加时还能够形成具有更好热稳定性的纳米相Al₃(Sc,Zr)，它们可以有效地提高铝合金的强度、再结晶温度、抗蠕变性能等性能。但是Sc的价格昂贵，限制了其工业化应用。Er元素是近年来发现的又一种有效的微合金化元素，和Sc类似它能够和Al形成Al₃Er，当和Zr复合时也能形成具有更好热稳定的Al₃(Er,Zr)相，它们同样可以有效的提高铝合金的综合性能，并且其价格较Sc便宜。关于含Er铝合金的专利有：一种铝铒合金（CN1161484C）、一种AI-Er合金导线材料及其制备方法（CN101418401B）、一种铝饵合金导线的制备工艺（CN101736174B）、Al-Er-Zr合金及其时效强化工艺（CN102021443A）、一种高强、高导电率、耐热铝合金导体材料及其制备方法（CN102534318A）、一种耐热铝合金导休材料及其制备方法（CN102230113A）等。上述专利中Er的添加量都在0.1wt.%以上。虽然Er的价格较Sc便宜，但是Er是稀土元素，其价格相对一般的合金化元素而言还是较高。本发明针对Al-Er-Zr合金，通过添加一定量的Si元素，将Er的添加量降低到0.1wt.%以下，进一步优化了合金成分，在提高强度的同时进一步降低了成本。本发明设计的Al-Er-Zr-Si合金，Er为0.05～0.07wt.%，Zr为0.2～0.3wt.%，Si为0.083～0.16wt.%，相对不含Si的Al-Er-Zr合金，峰值硬度提高约25％。

发明内容

本发明的目的在于寻找一种或几种价格相对便宜的元素，通过复合微合金的方法，来提高铝合金的强度。

本发明所提供的Al-Er-Zr-Si合金，其特征在于，在Al-Er-Zr-Si合金中Er的含量0.05wt.%-0.26wt.%（优选0.05wt.%-0.07wt.%），Zr的含量0.2wt.%-0.3wt.%，Si的含量0.062-0.16wt.%（优选0.083～0.16wt.%）。

一种Al-Er-Zr-Si合金优选只有Al、Er、Zr、Si及不可避免的杂质。

该合金的制备方法是在熔炼铝的过程中加入Al-Er、Al-Zr和Al-Si中间合金实现的，熔炼温度为780℃～800℃。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸。随后对铸锭冷轧、固溶处理以及时效处理，固溶处理以及时效处理的具体工艺包括以下步骤：首先在640±10℃固溶48小时，随后水淬到室温，然后在150～550℃之间进行等时时效，时间间隔为2h。

本发明优化Er的添加量，并添加调整了Si的含量，明显提高了Al-Er-Zr合金的时效强化效果，相比不含Si的合金硬度有了25%的提升，并将Er含量降低到0.1wt.%以下，即提高了强度又降低了成本。

附图说明

图1：Al-0.05Er-0.3Zr-xSi合金经过640℃保温48小时后水淬，在150-550℃每隔25℃进行2小时时效的显微硬度随温度的变化曲线；

图2：Al-0.07Er-0.2Zr-xSi合金经过640℃保温48小时后水淬，在150-550℃每隔25℃进行2小时时效的显微硬度随温度的变化曲线；

图3：Al-Zr，Al-Er-Zr合金经过640℃保温48小时后水淬，在150-550℃每隔25℃进行2小时时效的显微硬度随温度的变化曲线。

具体实施方式

实施例：选择Al99.99高纯铝，Al-Zr、Al-Er和Al-Si中间合金含量分别是4%、6%和40％（质量比）。首先熔化纯铝，待纯铝熔化后，放入中间合金，熔炼温度780℃～800℃，到达熔炼温度后静置30分钟，然后铁模浇铸，所制备的合金元素组成见表1。