[发明专利]一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高强耐蚀铝合金及其制备方法和应用，所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；所述Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。该铝合金的制备方法采用三段式降温工艺，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质。该铝合金通过控制Cu/Mg比和Cu/Zn比，利用各元素间的协同作用，在不降低合金力学性能的情况下显著提升了合金的耐蚀性能，所获铝合金抗晶间腐蚀等级为3级(按照GB/T 7998‑2005)，最大腐蚀深度为74μm，抗剥落腐蚀等级为PA级以上(按照GB/T 22639‑2008)，可作为飞机蒙皮材料使用。

技术领域

本发明涉及一种铝合金，具体涉及一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。

背景技术

铝合金因密度低、力学性能好且耐蚀性好等特性作为结构件和功能件而被广泛应用在航空航天领域，对减轻航天器结构质量、提高飞行速度、降低耗能等方面有着重要的作用。

飞机蒙皮最主要的作用在于使飞机在飞行过程中始终保持良好的气动性来承受以及传递载荷。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。2024铝合金因其强度较高，重量轻且成本低的特点，成为飞机蒙皮材料的首选材料。

目前国内外对飞机蒙皮用铝合金通常采用1.7％预变形加自然时效(T3)热处理工艺，这种热处理工艺使得合金材料在保持较高强度的前提下，同时具有良好的塑性和一定的耐蚀性。然而随着航空航天技术的进一步发展，航天器飞行速度的提高，传统牌号的2024铝合金虽然能够满足飞机蒙皮板的高强高韧性的需求，但仍存在腐蚀敏感性较大的问题，需要从合金成分设计的思路上突破。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金，该铝合金通过合理的Cu/Mg比和Cu/Zn比，利用各元素间的协同作用，在不降低合金力学性能的情况下显著提升了合金的耐蚀性能。

本发明的第二个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金的制备方法，该方法采用三段式降温方式，在不同的温度区间引入不同的中间合金或金属单质，使各组分可以充分熔合，有效防止过度烧损的发生，从而达到实现稳定控制各组分含量的目的，该方法具有操作简单，控制精准等优点，便于大规模工业化生产。

本发明的第三个目的在于提供一种高强度耐蚀铝合金在飞机蒙皮材料制备中的应用，所述高强度耐蚀铝合金经过轧制、固溶淬火和T3热处理工艺，即可作为飞机蒙皮材料使用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高强度耐蚀合金，所述铝合金为2系铝合金，包括以下元素：Cu、Mg、Zn、Mn、Ti和Al；所述Cu和Mg的质量比为2.8～3.3，Cu和Zn的质量比为5.4～14。本发明通过控制合金主成分的Cu/Mg和Cu/Zn，大幅减少合金的粗大第二相，净化晶界，并且有效降低了第二相与基体的电位差，使得该铝合金在不降低力学强度的情况下大幅提高材料的耐蚀性。

作为一项优选的方案，所述铝合金包括以下质量百分比组分：Cu：3.8～4.9％；Mg：1.2～1.5％；Zn：0.35～0.7wt.％；Mn：0.4～0.6％；Ti：0.01～0.03％；Si≤0.15％；Fe≤0.15％，余量为铝。原料中不可避免的还存在一些其他的微量杂质，如Na、V等元素，由于其含量过低，不便于测量，因此，对于这些不影响铝合金性能的杂质控制其每一种的含量小于0.03％，总和含量小于0.1％即可。