[发明专利]一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法

说明书

一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法，属于变形铝合金制造领域，包括如下质量百分比的物质组成：5.0‑7.0％的Zn，2.0‑3.0％的Mg，0.5‑1.0％的Cu，0.3‑0.6％的Er，和0.2‑0.5％的Cr，余量为Al和杂质。本发明通过铝合金添加少量稀土等贵重元素，细化铝合金组织，在小幅度提高材料的成本等情况下，大幅提高材料的延伸率，提高了材料的性能改善各向异性，本发明中的增韧工艺所用设备为正常铝合金加工中常用设备，加工周期短，操作简单，安全，有利于大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于变形铝合金制造领域，具体地说是一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天、汽车、3C和军工领域均有较为广泛的应用前景。同时，我国拥有大量铝资源，能够有效缓解各行各业对钢铁材料的迫切需求。铝合金的传统的形变方法主要有挤压、轧制、锻造和冲击等。其目的在于通过剧烈形变而实现材料组织均匀细化。较铸造铝合金材料，变形铝合金具有更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能。对于高性能稀土铝合金，虽然塑性变形能够提高合金力学性能，但是由于高性能稀土铝合金，虽然可以显著提高合金强度，但也会导致合金韧性急剧下降，进而降低合金塑性成形能力，限制稀土铝合金在工业中的广泛应用。如何在保持变形稀土铝合金超高力学性能的情况下，进一步提高合金延伸率成为一个现实的难题。

调控晶粒结构是一种非常有效的优化金属材料力学性能的方式。制备具有梯度晶粒结构的材料能够改善合金的变形机制，提升合金的综合性能。目前制备梯度组织的材料，主要是通过表面处理，如激光喷丸、干式喷涂+温度梯度烧结法、自蔓延高温合成法等。但这些方法或是工艺复杂或是设备要求高，虽然能够成功制备出具有梯度组织的材料，但是受到成本高、效率低以及产品尺寸受限等问题的限制，目前主要还是在实验室研究阶段，还较难实现广泛应用。对于铝合金而言，若在传统的制备工艺中实现梯度材料的制备，不仅能大大提升变形铝合金的综合力学性能，还有利于促进铝合金的进一步广泛应用。

发明内容

本发明提供一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种具有梯度结构变形铝合金，包括如下质量百分比的物质组成：5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，0.5-1.0％的Cu，0.3-0.6％的Er，和0.2-0.5％的Cr，余量为Al和杂质。

如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金，所述的杂质为Fe和Si。

如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金，所述的杂质质量小于总质量的0.12％。

一种具有梯度结构变形铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：按比例称取并将纯铝、纯镁与Al-20Zn中间合金、Al-30Cu中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20Cr中间合金，预热至150-250℃；

步骤二：开启熔炼炉，待炉膛温度达到350-400℃时，将纯铝放置坩埚中，将炉温升至690-710℃，待纯铝熔化，升温至740-760℃，加入纯镁与Al-20Zn中间合金、Al-30Cu中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20Cr中间合金，熔融并混合均匀，形成熔体；将所述熔体静置20min后，降温到690-700℃，在保护气体条件下浇铸成锭，得到所述的铝合金铸锭；

步骤三：对步骤二制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度50-100℃/min，加热到450-500℃，保温12-24h，完成后将铸锭空冷至室温；

步骤四：将步骤三得到的铝合金铸锭加热至420-460℃进行挤压处理，获得铝合金挤压棒材；

步骤五：对步骤四得到的铝合金棒材在热处理炉中进行时效处理，时效温度为150-180℃，保温时间为8-12h，然后冷却至室温；