[发明专利]一种超轻高强铸造铝锂合金及其制备方法

说明书

针对现有技术中铝锂合金低密度高强度的优势性能不能兼顾的技术问题，本发明提供一种超轻高强铸造铝锂合金及其制备方法，由以下质量百分比的组分组成：Li 2.5~3.5%，Mg 5.2~9.2%，Zr 0.08~0.20%，Sc 0.08~0.30%，少量杂质元素且杂质元素总含量小于0.25%，余量为Al。本发明可以在进一步降低铝锂合金密度的同时，兼顾高强度。

技术领域

本发明属于铝锂合金技术领域，具体涉及一种超轻高强铸造铝锂合金及其制备方法。

背景技术

铸造铝锂合金作为一种轻质、高强、耐蚀的金属结构材料，在航空、航天领域具有十分广阔的应用前景，合金中每添加1%的锂，密度降低3%，弹性模量提高6%，采用轻质高强铸造铝锂合金代替常规的高强铸造铝合金可使结构重量减轻10%~20%，刚度提高15%~20%，实现航空、航天领域武器装备轻量化，满足其高精度、超远程、超高速打击的发展需求。

目前关于铸造铝锂合金的研究相对较少，国外仅有俄罗斯和美国开展了该方面的研究工作，以Al-Si-Li和Al-Cu-Li系的合金为主。国内对于铸造铝锂合金的研究正处于起步阶段，中国专利CN105648283A中公开了一种低密度、高刚度铸造铝锂合金及其制备方法，各元素质量分数为1~2%Cu，0.4~0.8%Ag，0.3~0.8%Mn，0.5~2%Mg，3~3.5%Li，密度为2.59g/cm³，抗拉强度为402MPa，伸长率为2.8%，弹性模量为77GPa。该专利通过添加Cu、Ag、Mn等重金属元素来提高铸造铝锂合金的强度，但是采用该方法，一方面不能最大限度的发挥铸造铝锂合金低密度、高刚度、高比强度的优势，另一方面，铝锂合金中添加Cu、Ag、Mn等重金属会增大铝锂合金固液相区间，导致合金在凝固过程中容易形成缩松等缺陷，严重影响合金的力学性能。

另有中国专利CN107881371A公开了一种提高铸造铝锂合金塑性的方法，主要通过添加Sc、Er、Zr、Yb等合金元素，在合金溶液中形成结构为L1₂型的Al₃M粒子，从而提高合金塑性，但是，该专利中添加Cu，反而会提高铝锂合金的密度，使铝锂合金原本低密度的优势性能大打折扣。

发明内容

针对现有技术中铝锂合金低密度高强度的优势性能不能兼顾的技术问题，本发明提供一种超轻高强铸造铝锂合金及其制备方法，可以在进一步降低铝锂合金密度的同时，兼顾高强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种超轻高强铸造铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li 2.5~3.5%，Mg5.2~9.2%，Zr 0.08~0.20%，Sc 0.08~0.30%，少量杂质元素且杂质元素总含量小于0.25%（杂质元素为Si、Fe、Na等），余量为Al。

所述的超轻高强铸造铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）、按照合金中各组分的质量百分比进行配料，将所配原料于真空+惰性气体保护下熔炼，得到金属液；所述真空+惰性气体保护具体操作为：先抽真空，再送电熔化并通入惰性气体至4000~5000Pa，该气压是根据Mg和Li的饱和蒸气压设定，在低于800℃时，Mg和Li的饱和蒸气压为2000Pa左右，本发明控制合金溶液熔化时的气压高于Mg和Li的饱和蒸气压，可有效防止Mg和Li的挥发，保持合金元素配比，有利于充分发挥合金性能。

（2）、当金属液温度达到715~740℃时，加入Al-Ti-B晶粒细化剂，并采用惰性气体进行精炼5~10min，精炼结束后，于720~730℃静置3~7min，随后浇铸成型，得到铸锭；

（3）、将步骤（2）所得铸锭依次进行单级固溶和单级时效热处理，即得到所述超轻高强铸造铝锂合金。

优选地，所述步骤（1）中，配料时所用原料为纯Al，纯Li，纯Mg，Al-Zr10中间合金和Al-Sc2中间合金。