[发明专利]一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金及其制备方法，中熵合金的合金成分为含5083铝合金‑x Zn的铝合金；其中，x为Zn占总合金成分的质量百分数，0＜x≤6％，各成分配比误差在±0.2％范围内。该合金的设计思路是从构型熵角度出发，在5083变形铝合金的基础上，通过添加Zn元素，以提高合金的构型熵，同时该合金变为可热处理强化合金，再通过相应的热处理工艺，包括真空感应熔炼并采用重力铸造、均匀化处理、固溶与时效等，使合金的强度得到提高，可加工性能得到改善，扩大了合金的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属材料制备技术，尤其涉及一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金及其制备方法。

背景技术

铝是地壳中分布最广、储量最多的金属元素之一。铝工业的整个发展历史不过两百年，但由于铝及其合金具有一系列优异特性，发展速度非常快，已经广泛应用于交通运输、包装容器、建筑装饰、航空航天、电子通讯等方面，成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。20世纪中期以来，新材料的不断出现，促进科学技术突飞猛进，各个工业部门高速度发展，铝合金亟需进一步的改善和发展。具有低密度，耐腐蚀和良好热稳定性的铝合金正成为航空航天和汽车工业的主要结构材料。然而，低强度限制了铝合金材料的发展，为此，许多研究人员在优化合金成分和合金化方面做了大量工作。

加工产品的牌号为5083的变形铝合金，简称5083铝合金，属于Al-Mg系合金，具有良好的塑性、耐腐蚀及可加工性等优点，但其合金强度较低，且该合金是一种热处理不可强化合金，很难通过热处理的方式提高其强度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金。该合金的设计思路是从构型熵角度出发，在5083变形铝合金的基础上，通过添加Zn元素，以提高合金的构型熵，同时该合金变为可热处理强化合金，再通过相应的热处理工艺，包括真空感应熔炼并采用重力铸造、均匀化处理、固溶与时效等，使合金的强度得到提高，可加工性能得到改善，扩大了合金的应用前景。

本发明的目的之二在于提供一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金的制备方法。在制备方法中，采用真空感应熔炼并采用重力铸造的方法制备了一种高强度低成本轻质铝基中熵合金，并对该合金进行轧制试验，得到合金板材，同时，对合金板材进行相应的热处理最终得到合金板材成品。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金，其合金成分为含5083铝合金-x Zn的铝合金；其中，x为Zn占总合金成分的质量百分数，0＜x≤6％，各成分配比误差在±0.2％范围内。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种含Zn的高强度铝基轻质中熵合金的制备方法，包括如下步骤：

前处理的步骤：用砂纸对5083铝合金和Zn原材料进行打磨，再用电子天平按照配方量进行称重，配比，各成分配比误差在±0.2％范围内；

放置石墨坩埚的步骤：将配好的铝合金和Zn放置在石墨坩埚中；

真空通气处理的步骤：将石墨坩埚放进感应线圈中，感应线圈与高频感应装置电性连接；用机械泵抽真空，再通入氩气；

高频熔化的步骤：打开高频感应装置电源，待合金锭熔化完全后，保温12-18min，使各合金元素扩散均匀；

浇铸的步骤：将高频感应装置电源关闭，把合金熔体浇铸到直径25-35mm的钢模具中，得到合金铸锭；

均匀化退火与热轧处理的步骤：将合金进行均匀化退火处理，然后进行热轧，得到厚度为1-3mm的板材；

固溶与时效处理的步骤：对轧制得到的合金板材进行固溶与时效处理，最终得到固溶与时效处理后的含5083铝合金-Zn的中熵合金板材。