[发明专利]提高Al-Mg-Si-Zn系铝合金或其复合材料时效硬化能力的热处理工艺

说明书

本发明公开了一种提高Al‑Mg‑Si‑Zn系铝合金或其复合材料时效硬化能力的热处理工艺，属于铝合金和金属基复合材料的热处理技术领域。该热处理工艺为：固溶淬火后，依次对所述铝合金或其复合材料进行高温人工时效以及低温人工时效处理。在高温人工时效中，Mg₂Si相及其过渡相形成，提高Al‑Mg‑Si‑Zn系铝合金或其复合材料的强度硬度。在低温人工时效中，Zn元素带动Mg、Si元素继续析出，进一步提高Al‑Mg‑Si‑Zn系铝合金或其复合材料的硬化响应。本发明所述热处理工艺进一步挖掘了Al‑Mg‑Si‑Zn系铝合金或其复合材料的时效硬化能力，解决了所述铝合金或其复合材料时效硬化能力不足的问题。

技术领域

本发明涉及铝合金及金属基复合材料的热处理技术领域，具体涉及一种提高Al-Mg-Si-Zn系铝合金或其复合材料时效硬化能力的热处理工艺。

背景技术

Al-Mg-Si系(6000系列)铝合金具有腐蚀抗性好及成形性优异等特点。在Al-Mg-Si系铝合金中加入增强相(如陶瓷相、纳米碳等)制备成铝基复合材料，可进一步提高强度、弹性模量和耐疲劳性能。近年来，不同牌号的新型Al-Mg-Si系铝合金及其复合材料在交通运输、航空航天等领域得到广泛应用。

为进一步提高力学性能，对Al-Mg-Si系铝合金的成分调控一直备受关注。其中，合金元素多元化是近十几年来发展的重点。在Al-Mg-Si系铝合金中添加Cu、Ag、Zn等合金元素，可在人工时效时促进沉淀相析出，并丰富沉淀相类型，进而提高合金的强度。基于此已发展出Al-Mg-Si-Cu系、Al-Mg-Si-Zn系、Al-Mg-Si-Ag系等四元系铝合金，甚至Al-Mg-Si-Cu-Ag系、Al-Mg-Si-Cu-Zn系等五元系铝合金。在诸多合金元素中，Zn可以加速沉淀相在人工时效期间的析出，从而在短时间内通过人工时效快速提高合金强度与硬度，使合金硬化响应迅速，故受到广泛的关注。

由于Al-Mg-Si系铝合金或其复合材料中Zn的加入量通常较少(一般不高于3％，质量分数)，故Zn添加几乎不提高自然时效态的硬度。因此Al-Mg-Si-Zn系铝合金或其复合材料在自然时效态仍具有优异的成形性，可较好满足自然时效态下的室温塑性变形加工、人工时效后服役的应用策略。基于此，该类铝合金或铝基复合材料既可以淬火后直接人工时效然后使用，也可淬火后在自然时效态下存储、运输并进行室温塑性变形加工，然后再进行人工时效提高强度与硬度，满足服役使用条件。

然而，在传统的Al-Mg-Si系铝合金所使用的单级人工时效工艺下，Zn并不会明显提高Al-Mg-Si系铝合金人工时效后的硬度和强度，如文献“The effect of Zn on the agehardening response in an Al–Mg–Si alloy,Materials and Design,2015；65:1229-1235”报道，在Al-0.99Mg-0.54Si(质量分数)合金中添加3.0wt.％(质量分数)的Zn，虽然人工时效早期硬化速度加快，但峰值硬度并没有显著提高。这是由于Al-Mg-Si系铝合金中主要的析出相是Mg₂Si相及其过渡相，这些析出相在160～190℃形成。在这一温度区间下，Zn在Al基体中的固溶度较高，因此很少析出。降低人工时效温度可以降低Zn的固溶度，因而促进Zn析出，但又不利于Mg₂Si及其过渡相的形成，因此，传统人工时效工艺难以兼顾两类析出相的形成，因而Zn添加后并未提高人工时效后的强度和硬度。

如果能改进传统人工时效工艺，使固溶在铝基体中的Zn元素析出形成沉淀相，可望充分发挥Zn元素的作用，提高Al-Mg-Si-Zn系铝合金或其复合材料的强度和硬度，从而拓宽该类合金及复合材料的应用范围。然而，目前尚无有关此类技术的报道。

发明内容

针对传统人工时效不能兼顾两类析出相的不足，本发明提供了一种提高Al-Mg-Si-Zn系铝合金或其复合材料时效硬化能力的热处理工艺。该热处理工艺工序简单，操作便捷，能够在传统单级时效的基础上，进一步提高Al-Mg-Si-Zn系铝合金及其复合材料人工时效后的强度和硬度。