[发明专利]一种微量元素复合强化高强度铝锂合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种微量元素复合强化高强度铝锂合金及制备方法，以重量百分比计，所述高强度铸造铝锂合金的组成为：Cu 4.0‑5.5wt%，Li 1.5‑2.3wt%，Mg 0.5‑1.0wt%，Zn 0.5‑1.5wt%，Ti 0.05‑0.2wt%，Zr 0.05‑0.2wt%，RE 0.1‑0.5wt%；其中RE代表的元素选自Ce、Er和Sc中的一种或几种。本发明的高强度铝锂合金抗拉强度为430‑520MPa，延伸率为3‑8%，弹性模量为85‑87GPa。本发明适用于铝锂合金材料领域。

技术领域

本发明属于铝锂合金材料领域，具体涉及一种微量元素复合强化高强度铝锂合金及制备方法。

背景技术

目前在大型航空航天飞行器中铝锂合金结构件的使用量已越来越高，正逐步取代传统2xxx系和7xxx系铝合金，以达到整体结构减重的目的。目前已经发展较为成熟的第三代铝锂合金普遍采用降低Li含量的方法来避免第二代铝锂合金所面临的断裂韧性低，存在各向异性等弱点。同时增加Cu含量，使合金中的Cu/Li比达到一定的范围，并通过固溶—时效处理使合金内部析出特定的纳米强化相，如Al₂CuLi(T1相)、Al₃Li(δ′相)、Al₂CuMg(S′相)、Al₂Cu(θʹ相)，进而实现强化合金的目的。由于第三代铝锂合金在铸造之后需要进行变形加工提升材料性能，对于生产复杂结构件，通常需要付出更大的加工成本。

中国专利CN108570580A公开了一种铸造铝锂合金及其制备方法，合金设计中去除了Cu元素，其中Mg含量在1-4wt.%，Li含量在2.5-3wt.%，Zr含量在0.15-0.2wt.%，Sc含量在0.1-0.15wt.%，由于Li含量较高，该专利通过使用重量比为3:1的氯化锂和氟化锂的混合溶剂进行精炼，并在氩气保护下进行加Li和浇铸，工艺操作较为复杂，熔炼时间较长，并且在除渣和浇铸过程中金属液易与空气接触，存在氧化的风险。此外由于该专利未添加Cu元素，合金的抗拉强度普遍在450MPa以下。因此，亟待开发一种制备方法简单、且具有高强度、高弹性模量，同时兼顾合金生产成本的铝锂合金铸造方法。

发明内容

本发明针对传统铸造铝锂合金所面临的强度和弹性模量远低于变形态合金且二者不能同步提升，并且现有技术制备高强度铸造铝锂合金工艺复杂，制备方法不适合工业生产的问题，以及现有技术通过添加较高含量的Li元素，增加了成本，并且制备过程Li元素易氧化，收得率较低，不能有效提高弹性模量的问题，提供了一种微量元素复合强化高强度铝锂合金及制备方法，该方法制备铝锂合金方法简单，得到的合金产品具有高强度、高弹性模量且生产成本低的特点，适用于大规模工业化生产。

为实现上述目的，本发明第一方面提供如下技术方案：

一种微量元素复合强化高强度铸造铝锂合金，以重量百分比计，所述高强度铸造铝锂合金的组成为：Cu 4.0-5.5wt%，Li 1.5-2.3wt%，Mg 0.5-1.0wt%，Zn 0.5-1.5wt%，Ti0.05-0.2wt%，Zr 0.05-0.2wt%，RE 0.1-0.5wt%；

其中RE代表的元素选自Ce、Er和Sc中的一种或几种。

作为本发明的一个实施例，所述高强度铸造铝锂合金的抗拉强度在430~520MPa，弹性模量在85~87GPa，延伸率在3~8%；

所述高强度铸造铝锂合金中还含有Al和杂质，杂质含量小于0.05%, 所述杂质包括：Fe、Si和Mn中的一种或几种。

作为本发明的一个实施例，以重量百分比计，所述高强度铸造铝锂合金的组成为：Cu 4.5-5.0wt%，Li 1.8-2.0wt%，Mg 0.5-1.0wt%，Zn 0.5-1.0wt%，并且，所述Cu、Li、Mg、Zn元素的含量之和不超过10.0wt%；

所述高强度铸造铝锂合金中还含有Al和杂质，杂质含量小于0.05%, 所述杂质包括：Fe、Si和Mn中的一种或几种。