[发明专利]一种性能优异的高强铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种性能优异的高强铝合金及其制备方法，往Al‑Zn‑Mg‑Cu系高强铝合金同时添加Ho和Zr元素，通过配料、熔炼、浇铸和均匀化退火处理和固溶处理等工艺步骤，制得Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Ho‑Zr性能优异的高强铝合金，其化学成分按重量百分比组成：6%Zn、2.5%Mg、1.6%Cu、0.5%Ho、0.1～0.3%Zr，其余为Al。由于Ho的净化作用与Zr的细化晶粒作用相结合，使Al‑Zn‑Mg‑Cu合金组织获得显著细化，且杂质减少，晶界得到净化；经均匀化退火处理和固溶处理后，有效提高合金的抗拉强度，合金综合力学性能得到显著提高。

技术领域

本发明涉及金属复合材料制备技术领域，特别涉及一种性能优异的高强铝合金及其制备方法。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金由于易成型加工及具有高的比强度、优异的物理和化学性能，而被广泛应用于飞机、舰船舰艇中。但是随着航空、航天、海运的快速发展，人们对Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金提出了更高的要求，因此，获得高比强度、高比刚度、高断裂韧性、低裂纹扩展速率、抗疲劳、耐腐蚀和低成本等优点的Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金已成为世界各国材料开发的热点之一。通过向Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金中加入微量元素能够在一定程度上提高材料的性能，但国内外将稀土Ho与Zr共同添加的研究其性能没有见于报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种性能优异的Al-Zn-Mg-Cu-Ho-Zr高强铝合金。

本发明的技术方案为：一种性能优异的高强铝合金，所述高强铝合金为Al-Zn-Mg-Cu-Ho-Zr合金，该合金化学成分按重量百分比组成：6%Zn、2.5%Mg、1.6%Cu、0.5%Ho、0.1～0.3%Zr，其余为Al。

一种性能优异的高强铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）以工业纯铝（99.99%）、纯锌（99.99%）、纯镁（99.99%）、纯铜（99.99%）、Al-10%Ho中间合金和Al-10%Zr中间合金为原料，利用切割机将上述原料分别切成小块，并用砂纸打磨，以去除原料表面的氧化膜、油污等部分杂质，并在150～200℃下预热，去除原料表面的水；

（2）首先将预热好的工业纯铝块置于石墨粘土坩埚并放入坩埚开式电阻炉内，调节炉温升高至770～780℃，待工业纯铝块熔化后调节炉温至750～760℃时加入纯铜块，并用搅拌棒进行搅拌，静置15～20min；调节炉温至730℃～740℃时，加入Al-10%Zr中间合金，搅拌并静置10～15min；接着加入Al-10%Ho中间合金搅拌，静置10～15min后开炉扒渣，加入纯锌块静置10～15min；最后加入纯镁块，待纯镁块熔入铝液中后搅拌静置10～15min后开炉扒渣，之后加入精炼剂15g精炼除气，搅拌均匀后静置15～20min，开炉检查液面是否有炉渣等杂质，扒干净液面后，控制炉温在720℃～730℃；

（3）将经步骤（2）熔炼好的合金液体浇铸于200～220℃预热好的金属磨具中，冷却脱模，制备成Al-Zn-Mg-Cu-Ho-Zr合金铸锭；

（4）将Al-Zn-Mg-Cu-Ho-Zr合金铸锭放入在箱式电阻炉中，先进行均匀化退火处理和后进行固溶处理，制得Al-Zn-Mg-Cu-Ho-Zr性能优异的高强铝合金。

进一步地，每加入一种合金原料进行熔炼时，都在该合金熔液表面均匀撒上15g覆盖剂，所述覆盖剂为NaCl:KCl=1:1。

进一步地，所述步骤（2）中的精炼剂为C₂Cl₆。