[发明专利]一种高比强高比模铝合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高比强高比模铝合金及其制备方法。所述合金以质量百分比包括下述组分：Mg 3～6％，Li 1.5～2.5％，Cu 0.05～2.0％，Zr 0.08～0.2％，Zn 0.4～0.8％，Mn 0.0～0.2％，Sc 0.0～0.2％，余量为Al。其制备方法为：按设计的铝合金组分配比，称取各组分，采用真空熔炼铸造成型铸锭，然后再经过双级均热处理、热挤压或轧制、固溶及等温时效热处理。采用在本发明中，成份上通过调控主元素(Mg、Li)含量及比例、微量强化元素(Cu、Zn)与晶粒控制元素(Zr，Mn,Sc)的含量、工艺上通过双级均热退火工艺、固溶工艺、预变形及时效处理的工艺条件的协同处理，最终获得性能优良的时效强化型铝合金，制得的此类铝合金具有优越的比强度与比模量。

技术领域

本发明涉及一种高比强高比模铝合金及其制备方法；属于有色金属材料领域。

背景技术

航空航天用高性能铝合金主要包括7XXX系的Al-Zn-Mg-Cu铝合金与2XXXX系的Al-Cu-Mg与Al-Li合金。7XXX系铝合金具有高的比强度(180-208MPa.cm³/g)，但其比模量偏低(不超过25GPa.cm³/g)。2XXX系的Al-Cu-Mg铝合金的比强度(140-170MPa.cm³/g)与比模量(26-27GPa.cm³/g)均偏低，而现有Al-Li合金的比强度(180-220MPa.cm³/g)与比模量(27-30GPa.cm³/g)，但其比强度与比模量有特进一步的提高。

SRIVATSAN等(Journal of Materials Science,1996,330-3313)采用高压烧结方法制备了一种高锂含量的铝合金，比模量达到31.4GPa.cm3/g，但其比强度只有141MPa.cm³/g，而且因锂含量较高，加工较为困难。除了合金外，研究人员也研制出来颗粒增强的高比模量的铝基复合材料，如Li Xiangfeng等人研制了原位自生TiB₂增强的Al–3.3Cu–1.0Li复合材料，弹性模量达到83GPa，比模量也达到30GPa.cm³/g，但伸长率只有1.3％(Materials Science and Engineering:A,2019,742:573-583)。而原位自生2wt.％TiB2颗粒增强的Al-12.5Si合金基复合材料，尽管其弹性模量能达到100GPa，比模量达到36GPa.cm3/g，但其抗拉强度380MPa，比强度低于140MPa.cm³/g，而且伸长率不到2％，无法作为大规格航空航天材料构件使用。一种超高强铝锂合金及其制备方法(中国专利，CN110423927 A)提出了一种高铜高锌含量的铝锂合金，其组成Cu4.3～5.2％，Li 0.8～1.2％，Mg 0.3～0.7％，Ag0.1～0.5％，Zn 0.81～1.5％，Mn 0.1～0.2％，Zr 0.1～0.2％，Sc 0.09～0.3％，Cu/Li质量分数比4.3～6.5，但该合金由于铜、Zn含量较高，导致密度大于2.72g/cm³，同时耐腐蚀性能相对低于普通Al-Mg系铝合金。而普通Al-Mg系铝合金强度与弹性模量偏低(抗拉强度低于400MPa，弹性模量低于70GPa),无法满足高比强度与高比模量的需求，同时该发明采用三级均匀化处理，延长了时间，提高了能耗与生产成本。

发明内容

本发明为了满足下一代飞行器械的要求，设计并制备一种比强度大于200MPa.cm³/g、比模量大于31GPa.cm³/g的高比强高比模铝合金。