一种7系高强耐蚀铝合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金制造领域，具体而言，涉及一种7系高强耐蚀铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.随着轻量化进程的加快，铝合金在飞机、汽车、船舶、轨道交通等领域的应用逐渐增大。这些领域对铝合金综合性能的要求越来越高，尤其是在一些结构件的使用中，要求铝合金具有较高的强度和较好的耐腐蚀性能，以适应海洋、酸雨天气等环境，保证交通工具的安全性。
3.7系铝合金作为可热处理强化铝合金，具有热加工性能好、强度高、焊接性能良好的优点，被广泛应用在上述领域中。但该类型合金往往存在耐腐蚀性能较差的特点，使其应用场景受到限制。现有的技术中，解决该问题的思路往往是使用特殊的热处理方法，以降低合金的强度为代价，提高其耐腐蚀性能，其最终强度往往低于常规峰值时效的强度。其中，“峰值时效”，是指可热处理强化铝合金通过单级时效获得最高强度对应的时效工艺制度。
4.综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在所制备的铝合金强度与耐腐蚀性能不平衡，特别是强度不能满足当前领域需求的问题，因此，需要开发或者改进一种7系高强耐蚀铝合金及其制备方法，使其在获得高耐腐蚀性能的同时，具有不低于峰值时效工艺获得的高强度，以满足不同领域铝合金的应用需求。


技术实现要素：

5.基于此，为了解决所制备的铝合金强度与耐腐蚀性能不平衡，特别是强度不能满足当前领域需求的问题，本发明提供了一种7系高强耐蚀铝合金及其制备方法，具体技术方案如下：
6.一种7系高强耐蚀铝合金，包括以下质量百分比的成分：zn6.1％～6.4％、mg 1.5％～1.7％、cu 0.25％～0.35％、fe≤0.15％、si≤0.04％、ti0.03％～0.08％、余量为al。
7.进一步地，还包括其他杂质，所述其他杂质总量≤0.15％。
8.进一步地，所述7系高强耐蚀铝合金抗拉强度大于580mpa，屈服强度大于550mpa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于pa级。
9.本技术方案还提供了一种7系高强耐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；
10.第二步：将铝锭在730℃～750℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.1％～6.4％的锌锭、1.5％～1.7％的镁锭、1.25％～1.75％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；
11.第三步：用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为730℃～
750℃，精炼多次，每次精炼时间为25min～40min，精炼完毕进行扒渣，扒渣后静置25min～35min；
12.第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为150w～200w，施振时间为5min-10min；
13.第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将al-5ti-b合金丝加入到铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理；
14.第六步：将铝合金熔体依次流过设置在流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
15.第七步：将铝合金熔体在铸造温度710℃～740℃、铸造速度90mm/min～100mm/min、冷却水压力0.1mpa-0.2mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
16.第八步：将铝合金铸锭加热至450℃～490℃均匀化处理20小时-28小时，然后水雾强制冷却至室温；
17.第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃～470℃，在挤压速度为8m/min～12m/min条件下进行挤压成形得到挤压铝合金，然后穿水冷却至室温；
18.第十步：将挤压铝合金加热至110℃～130℃时效22小时～26小时，然后快速加热至185℃-210℃保温15min-25min，快速水冷至室温后继续加热至110℃～130℃时效22小时～26小时。
19.进一步地，在第三步中，无钠精炼剂的添加量为按每吨铝合金熔体配比3公斤精炼剂计算。
20.进一步地，在第五步中，所述al-5ti-b合金丝按在线加入占总原料添加量的0.004％～0.01％，加入速度为2m/min～3m/min。
21.进一步地，在第九步中，挤压的模具温度为440℃-460℃，挤压筒温度为400℃-420℃，出口温度为490℃-510℃。
22.进一步地，所述7系高强耐蚀铝合金的制备方法还包括以下步骤：
23.第十一步：表面磷化处理；将完成第十步时效处理的挤压铝合金降温至60℃-80℃，降温完毕对挤压铝合金的表面进行脱脂处理，脱脂完毕进行去离子水清洗、烘干；预热挤压铝合金至70℃-80℃；预热完毕进行第一次喷涂磷化液；第一次喷涂磷化液完毕后进行第一次风干，第一次风干时长为5min-8min；对完成第一风干的挤压铝合金进行第二次喷涂磷化液，第二次喷涂磷化液完毕后进行第二次风干，第二次风干时长为10min-20min；
24.第十二步：硅烷化处理；对完成第十一步的表面磷化处理的挤压铝合金进行浸入复合硅烷溶液；浸入时长为10s-15s，浸入完毕后于120℃-150℃条件下固化30min-35min。
25.进一步地，所述磷化液包括以下制备原料：
26.zn(h2po4)
2 5g/l-8g/l、zn(no3)2·
6h20 8g/l-1 2g/l、ni(no3)2·
6h2o 1g/l-3g/l、mn(no3)
2 0.1g/l-0.4g/l、氟硅酸钠0.4g/l-0.8g/l、酒石酸1g/l-2g/l、盐酸羟胺0.2g/l-0.4g/l、水余量。
27.进一步地，所述复合硅烷溶液包括以下步骤制成：
28.按照重量比为10:25:65的比例，将硅烷偶联剂、乙醇以及去离子水搅拌混合，其中，所述硅烷偶联剂为重量比1:1的γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与γ-(甲基丙
烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合而成；然后按照0.3g/l的添加量加入硝酸钆，并搅拌混合，调节ph＝7，室温水解2h，得到复合硅烷溶液。
29.上述技术方案通过以下质量百分比的成分制成：zn6.1％～6.4％、mg1.5％～1.7％、cu0.25％～0.35％、fe≤0.15％、si≤0.04％、ti0.03％～0.08％、余量为al；以及通过选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；并通过精炼、超声波处理、细化处理、除气过滤、铸锭、时效处理得到晶粒细小、强度高、耐腐蚀性能好的7系铝合金，其强度不低于峰值时效工艺获得的强度；
30.合金在熔铸时，采用超声铸造技术，对熔体进行超声波处理，通过“空化效应”促使晶粒形核增多、破碎晶粒，实现晶粒细化，提高合金的综合力学性能；
31.通过挤压工艺和热处理工艺，通过回归再时效工艺使晶界处产生不连续的粗大η相，延缓腐蚀沿晶界发生，提高合金的耐腐蚀性能；
32.该7系高强耐蚀铝合金的抗拉强度大于580mpa，屈服强度大于550mpa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于pa级，其强度与耐腐蚀性能平衡，可满足当前领域强度高、抗腐蚀能力强的需求。
具体实施方式
33.为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.本发明一实施例中的一种7系高强耐蚀铝合金，包括以下质量百分比的成分：zn6.1％～6.4％、mg1.5％～1.7％、cu0.25％～0.35％、fe≤0.15％、si≤0.04％、ti0.03％～0.08％、余量为al。
36.在其中一个实施例中，还包括其他杂质，所述其他杂质总量≤0.15％。
37.在其中一个实施例中，所述7系高强耐蚀铝合金抗拉强度大于580mpa，屈服强度大于550mpa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于pa级。
38.本技术方案还提供了一种7系高强耐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；
39.第二步：将铝锭在730～750℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.1％～6.4％的锌锭、1.5％～1.7％的镁锭、1.25％～1.75％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；
40.第三步：用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为730℃～750℃，精炼多次，每次精炼时间为25min～40min，精炼完毕进行扒渣，扒渣后静置25min～35min；
41.第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为150w～200w，施振时间为5min-10min；
42.第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将al-5ti-b合金丝加入到铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理；
43.第六步：将铝合金熔体依次流过设置在流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
44.第七步：将铝合金熔体在铸造温度710℃～740℃、铸造速度90mm/min～100mm/min、冷却水压力0.1mpa-0.2mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
45.第八步：将铝合金铸锭加热至450℃～490℃均匀化处理20-28小时，然后水雾强制冷却至室温；
46.第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃～470℃，在挤压速度为8m/min～12m/min条件下进行挤压成形得到挤压铝合金，然后穿水冷却至室温；
47.第十步：将挤压铝合金加热至110℃～130℃时效22小时～26小时，然后快速加热至185℃-210℃保温15min-25min，快速水冷至室温后继续加热至110℃～130℃时效22小时～26小时。
48.在其中一个实施例中，在第三步中，无钠精炼剂的添加量为按每吨铝合金熔体配比3公斤精炼剂计算。
49.在其中一个实施例中，在第五步中，所述al-5ti-b合金丝按在线加入占总原料添加量的0.004％～0.01％，加入速度为2m/min～3m/min。
50.在其中一个实施例中，在第九步中，挤压的模具温度为440℃-460℃，挤压筒温度为400℃-420℃，出口温度为490℃-510℃。
51.在其中一个实施例中，所述7系高强耐蚀铝合金的制备方法还包括以下步骤：
52.第十一步：表面磷化处理；将完成第十步时效处理的挤压铝合金降温至60℃-80℃，降温完毕对挤压铝合金的表面进行脱脂处理，脱脂完毕进行去离子水清洗、烘干；预热挤压铝合金至70℃-80℃；预热完毕进行第一次喷涂磷化液；第一次喷涂磷化液完毕后进行第一次风干，第一次风干时长为5min-8min；对完成第一风干的挤压铝合金进行第二次喷涂磷化液，第二次喷涂磷化液完毕后进行第二次风干，第二次风干时长为10min-20min；
53.第十二步：硅烷化处理；对完成第十一步的表面磷化处理的挤压铝合金进行浸入复合硅烷溶液；浸入时长为10s-15s，浸入完毕后于120℃-150℃条件下固化30min-35min。
54.在其中一个实施例中，所述磷化液包括以下制备原料：
55.zn(h2po4)
2 5g/l-8g/l、zn(no3)2·
6h20 8g/l-1 2g/l、ni(no3)2·
6h2o 1g/l-3g/l、mn(no3)
2 0.1g/l-0.4g/l、氟硅酸钠0.4g/l-0.8g/l、酒石酸1g/l-2g/l、盐酸羟胺0.2g/l-0.4g/l、水余量。
56.在其中一个实施例中，所述复合硅烷溶液包括以下步骤制成：
57.按照重量比为10:25:65的比例，将硅烷偶联剂、乙醇以及去离子水搅拌混合，其中，所述硅烷偶联剂为重量比1:1的γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合而成；然后按照0.3g/l的添加量加入硝酸钆，并搅拌混合，调节ph＝7，室温水解2h，得到复合硅烷溶液。
58.在其中一个实施例中，所述精炼次数为2次。
59.上述技术方案通过以下质量百分比的成分制成：zn6.1％～6.4％、mg1.5％～1.7％、cu 0.25％～0.35％、fe≤0.15％、si≤0.04％、ti0.03％～0.08％、余量为al；以及通过选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；并通过精炼、超声波处理、细化处理、除气过滤、铸锭、时效处理得到晶粒细小、强度高、耐腐蚀性能好的7系铝合金，其强度不低于峰值时效工艺获得的强度；
60.合金在熔铸时，采用超声铸造技术，对熔体进行超声波处理，通过“空化效应”促使晶粒形核增多、破碎晶粒，实现晶粒细化，提高合金的综合力学性能；
61.通过挤压工艺和热处理工艺，通过回归再时效工艺使晶界处产生不连续的粗大η相，延缓腐蚀沿晶界发生，提高合金的耐腐蚀性能；
62.该7系高强耐蚀铝合金的抗拉强度大于580mpa，屈服强度大于550mpa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于pa级，其强度与耐腐蚀性能平衡，可满足当前领域强度高、抗腐蚀能力强的需求。
63.下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
64.实施例1：
65.铝合金由以下质量百分比的成分组成：zn6.1％、mg1.7％、cu0.25％、fe0.12％、si0.034％、ti0.03％、余量为al和不可避免的其他杂质。其他杂质单个含量≤0.05％；其他杂质总量≤0.15％。其制备方法包括以下步骤：
66.第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；
67.第二步：将铝锭在730℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.1％的锌锭、1.7％的镁锭、1.25％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；
68.第三步：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为730℃，精炼2次，每次时间为40min。扒渣后静置25min；
69.第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为150w，施振时间为10min；
70.第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将占原材料总重量为0.004％的al-5ti-b合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为2m/min；
71.第六步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为300转/分钟、氩气流量为5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
72.第七步：将铝合金液在铸造温度710℃、铸造速度90mm/min、冷却水压力0.1mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
73.第八步：将铝合金铸锭加热至450℃均匀化处理28小时，然后水雾强制冷却至室温；
74.第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃，在模具温度为440℃、挤压筒温度为400℃，出口温度为490℃、挤压速度为12m/min的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
75.第十步：将挤压铝合金加热至110℃时效26小时，然后快速加热至210℃保温15min，快速水冷至室温后继续加热至110℃时效26小时。
76.实施例2
77.铝合金由以下质量百分比的成分组成：zn6.4％、mg1.5％、cu0.35％、fe0.09％、si0.029％、ti0.08％、余量为al和不可避免的其他杂质。其他杂质单个含量≤0.05％；其他杂质总量≤0.15％。其制备方法包括以下步骤：
78.第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；
79.第二步：将铝锭在750℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.4％的锌锭、1.5％的镁锭、1.75％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；
80.第三步：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为750℃，精炼2次，每次时间为25min。扒渣后静置35min；
81.第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为200w，施振时间为5min；
82.第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将占原材料总重量为0.01％的al-5ti-b合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为3m/min；
83.第六步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为200转/分钟、氩气流量为4立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
84.第七步：将铝合金液在铸造温度740℃、铸造速度100mm/min、冷却水压力0.2mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
85.第八步：将铝合金铸锭加热至490℃均匀化处理20小时，然后水雾强制冷却至室温；
86.第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至470℃，在模具温度为460℃、挤压筒温度为420℃，出口温度为510℃、挤压速度为8m/min的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
87.第十步：将挤压铝合金加热至130℃时效22小时，然后快速加热至185℃保温25min，快速水冷至室温后继续加热至130℃时效22小时。
88.实施例3
89.铝合金由以下质量百分比的成分组成：zn6.2％、mg1.6％、cu0.3％、fe 0.1％、si 0.026％、ti 0.06％、余量为al和不可避免的其他杂质。其他杂质单个含量≤0.05％，其他杂质总量≤0.15％。其制备方法包括以下步骤：
90.第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；
91.第二步：将铝锭在740℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.2％的锌锭、1.6％的镁锭、1.5％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；
92.第三步：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为740℃，精炼2次，每次时间为30min。扒渣后静置30min；
93.第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为
170w，施振时间为8min；
94.第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将占原材料总重量为0.007％的al-5ti-b合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为2.5m/min；
95.第六步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为250转/分钟、氩气流量为4.5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
96.第七步：将铝合金液在铸造温度720℃、铸造速度95mm/min、冷却水压力0.15mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
97.第八步：将铝合金铸锭加热至460℃均匀化处理24小时，然后水雾强制冷却至室温；
98.第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至460℃，在模具温度为450℃、挤压筒温度为410℃，出口温度为500℃、挤压速度为10m/min的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
99.第十步：将挤压铝合金加热至120℃时效24小时，然后快速加热至200℃保温20min，快速水冷至室温后继续加热至120℃时效24小时。
100.实施例4
101.在实施例3的基础上增加以下工艺；
102.第十一步：表面磷化处理；将完成第十步时效处理的挤压铝合金降温至70℃，降温完毕对挤压铝合金的表面进行脱脂处理，脱脂完毕进行去离子水清洗、烘干；预热挤压铝合金至75℃；预热完毕进行第一次喷涂磷化液；第一次喷涂磷化液完毕后进行第一次风干，第一次风干时长为6min；对完成第一风干的挤压铝合金进行第二次喷涂磷化液，第二次喷涂磷化液完毕后进行第二次风干，第二次风干时长为15min；
103.第十二步：硅烷化处理；对完成第十一步的表面磷化处理的挤压铝合金进行浸入复合硅烷溶液；浸入时长为15s，浸入完毕后于130℃条件下固化30min。
104.所述磷化液包括以下制备原料：
105.zn(h2po4)
2 6g/l、zn(no3)2·
6h20 10g/l、ni(no3)2·
6h2o 2g/l、mn(no3)20.2g/l、氟硅酸钠0.6g/l、酒石酸1g/l、盐酸羟胺0.3g/l、水余量。
106.所述复合硅烷溶液包括以下步骤制成：
107.按照重量比为10:25:65的比例，将硅烷偶联剂、乙醇以及去离子水搅拌混合，其中，所述硅烷偶联剂为重量比1:1的γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合而成；然后按照0.3g/l的添加量加入硝酸钆，并搅拌混合，调节ph＝7，室温水解2h，得到复合硅烷溶液。
108.其中脱脂采用喷淋的方式进行脱脂，其中脱脂剂按照重量份算包括以下制备原料制成，氢氧化钠8份、三乙醇胺18份、十二烷基醇酰胺磷酸酯2份、亚甲基双甲基苯磺酸钠1.5份、羧甲基纤维素钠0.7份、乙醇3份和三聚磷酸钠1.5份、去离子水66份。
109.对比例1
110.铝合金由以下质量百分比的成分组成：zn5.6％、mg1.6％、cu0.28％、fe0.2％、si0.08％、ti0.05％、余量为al和不可避免的杂质。其他杂质单个含量≤0.05％；其他杂质总量≤0.15％。其制备方法包括以下步骤：
111.第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和铝锭、锌锭、镁锭作为原材料；
112.第二步：将铝锭在730℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6％的锌锭、1.6％的镁锭、1.4％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；
113.第三步：按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为740℃，精炼2次，每次时间为30min。扒渣后静置30min；
114.第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为170w，施振时间为8min；
115.第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将占原材料总重量为0.006％的al-5ti-b合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为2.5m/min；
116.第六步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为250转/分钟、氩气流量为4.5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
117.第七步：将铝合金液在铸造温度720℃、铸造速度95mm/min、冷却水压力0.15mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
118.第八步：将铝合金铸锭加热至460℃均匀化处理24小时，然后水雾强制冷却至室温；
119.第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至460℃，在模具温度为450℃、挤压筒温度为410℃，出口温度为500℃、挤压速度为10m/min的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
120.第十步：将挤压铝合金加热至120℃时效24小时，然后快速加热至200℃保温20min，快速水冷至室温后继续加热至120℃时效24小时。
121.对比例2
122.对比例2与实施例3的区别在于，第四步不进行，即精炼后的熔体不进行超声波处理，直接进行第五步。
123.对比例3
124.对比例3与实施例3的区别在于，第十步是将淬火处理后的铝合金型材进行单级时效热处理，时效温度为120℃，保温时间为24h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温。
125.对比例4
126.对比例4与实施例3的区别在于，第十步是将淬火处理后的铝合金型材进行双级时效热处理，第一级时效温度为105℃，保温时间为8h，第二级时效温度为150℃，保温时间为8h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温。
127.对比例5
128.与实施例3的区别在于，铝合金由以下质量百分比的成分组成zn 5.9％、mg 1.4％、cu 0.2％、fe 0.1％、si 0.026％、ti 0.06％、余量为al和不可避免的其他杂质。其他杂质单个含量≤0.05％；杂质总量≤0.15％。
129.第二步：将铝锭在740℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.9％的锌锭、1.4％的镁锭、1％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体。
130.其他制备工艺与实施例3相同。
131.对比例6
132.与实施例3的区别在于，铝合金由以下质量百分比的成分组成zn 6.5％、
133.mg1.8％、cu0.36％、fe0.1％、si0.026％、ti0.06％、余量为al和不可避免的其他杂质。其他杂质单个含量≤0.05％；杂质总量≤0.15％。
134.第二步：将铝锭在740℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.5％的锌锭、1.8％的镁锭、1.8％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体。
135.其他制备工艺与实施例3相同。
136.对比例7
137.制备工艺与实施例4相同，但不进行第十二步的硅烷化处理。
138.对比例8
139.制备工艺与实施例4相同，但不进行第十一步的表面磷化处理。
140.对比例9
141.制备工艺与对比例2相同，并增加实施例4的第十一步的表面磷化处理以及第十二步的硅烷化处理。
142.对比例10
143.制备工艺与对比例4相同，并增加实施例4的第十一步的表面磷化处理以及第十二步的硅烷化处理。
144.对比例11
145.制备工艺与实施例4相同，但复合硅烷溶液制备步骤更变为，
146.按照重量比为10:25:65的比例，将硅烷偶联剂、乙醇以及去离子水搅拌混合，其中，所述硅烷偶联剂为重量比1:1的γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合而成；调节ph＝7，室温水解2h。
147.对实施例1-4以及对比例1-11制备的铝合金进行相关性能测试，结果如下表1所示。其中，按照gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对产品进行力学性能测试；按astmg34-01《standard test method for exfoliation corrosion susceptibility in 2xxx and 7xxx series aluminum alloys》对产品进行48小时的剥落腐蚀试验，按照gb/t 2423.17.2008/iec60068-2-11:1981《电工电子产品环境试验——盐雾》用盐雾试验箱来检测耐盐雾强度。
148.表1：
[0149][0150][0151]
其中
“‑”
为不测试该项；
[0152]
实施例1-3的区别在于铝合金的原料添加量不同，由表1得知，实施例1-3所制备的铝合金抗拉强度大于580mpa，屈服强度大于550mpa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于pa级，其强度与耐腐蚀性能平衡，可满足当前领域强度高、抗腐蚀能力强的需求；
[0153]
对比例1与实施例3的区别在于，所添加的原料中zn含量小于6.1％，且fe含量为0.2％以及si含量为0.08％，fe与si含量较多的情况下较影响所制备的铝合金的强度性能以及抗剥落腐蚀性能，则控制fe与si在较低的含量对实现高强度耐腐蚀的铝合金具有较大的正向影响。fe和si在7系铝合金中是不可避免存在的有害杂质，这些杂质主要以硬而脆的feal3和游离的si形式存在，其中feal3对抗蚀性影响较大。这些难溶第二相往往起到缺口作用，容易成为裂纹源使材料发生断裂，对铝合金的强度和塑性不利。因此，需要严格控制fe
和si的含量，本发明通过选用纯度≥99.8％的铝锭、纯度≥99.9％的锌锭、纯度≥99.9％的镁锭作为原材料，控制fe小于0.15％，si小于0.04％的含量，再结合后续的铸锭均匀化处理，可以消除fe、si杂质元素的负面影响。
[0154]
对比例2与实施例3的区别在于不进行超声波处理，由表1数据可知，对比例2与实施例3相比较，对比例2的抗拉强度、屈服强度、延伸率均有所下降，不能达到实施例3所制备的铝合金抗拉强度大于580mpa、屈服强度大于550mpa、拉伸率大于14％的性能效果；使用超声波处理可提高铝合金的强度性能，故合金在熔铸时，采用超声铸造技术，对熔体进行最优频率的超声波处理，通过“空化效应”促使晶粒形核增多、破碎晶粒，实现晶粒细化，提高合金的综合力学性能。
[0155]
对比例3与实施例3的区别在于，对比例3采用单级时效处理，由表1数据可知，对比例3与实施例3相比较，对比例3的剥落腐蚀等级不及实施例3的剥落腐蚀等级，本发明中通过挤压工艺和热处理工艺，并通过回归再时效工艺使晶界处产生不连续的粗大η相，延缓腐蚀沿晶界发生，提高合金的耐腐蚀性能。
[0156]
对比例4与实施例3的区别在于对比例4采用不同的时效温度以及保温时长；由表1数据可知，对比例4与实施例3相比较，对比例4的剥落腐蚀等级不及实施例3的剥落腐蚀等级，同时剥落腐蚀等级优异程度按实施例3、对比例4、对比例3依次递减，由此可见回归再时效工艺与单级时效热处理相比回归再时效工艺可显著提高铝合金的抗腐蚀性能，同时在110℃～130℃时效22小时～26小时，然后快速加热至185℃-210℃保温15min-25min，快速水冷至室温后继续加热至110℃～130℃时效22小时～26小时的处理工艺中达到最优抗腐蚀性能。申请人通过对本发明所述铝合金的时效工艺研究后发现先进行120℃
×
24h预时效能够保证在较大程度上，从固溶体中析出细小、弥散的gp区以及η
′
相，然后进行200℃
×
20min短时高温回归处理，小于临界尺寸的gp区重新溶入基体，而大于临界尺寸的gp区一部分将会保留下来，另一部分则转换为亚稳η
′
相或者平衡相η相。最后进行120℃
×
24h再时效，细小的η
′
相重新析出，结合合金成分设计，合金强度最终比单级峰值时效更高。同时，通过上述时效制度，晶界处存在不连续的粗大η相，这样的晶界形貌不易形成连续的腐蚀通道，可延缓腐蚀沿晶界发生，结合合金成分设计，使得合金的抗腐蚀能力比双级时效更强。如果时效工艺参数不在上述匹配范围内，均达不到期望的铝合金强度和抗腐蚀性。
[0157]
对比例5与实施例3的区别在于原料添加量不同，其中zn含量为5.9％,mg含量为1.4％,cu含量为0.2％,，由表1可知对比例5的抗拉强度与屈服强度、延伸率均比实施例3的低，结合实施例1-3可知当zn含量小于6.1％，mg含量小于1.5％，cu含量少于0.25％，铝合金的抗拉强度和屈服强度不能分别达到580mpa和550mpa；
[0158]
对比例6与实施例3的区别在于原料的添加量不同，其中zn含量为6.5％，mg含量为1.8％，cu含量为0.36％，由表1数据可知对比例6的抗拉强度、屈服强度、延伸率均比实施例3的低，同时结合实施例1-3可知当zn含量大于6.4％，mg含量大于1.7％，cu含量大于0.35％，合金的塑性和耐腐性性能则会显著恶化。只有当zn含量在6.1～6.4％，mg含量在1.5～1.7％，cu含量在0.25～0.35％时，铝合金才能获得高强度、高耐腐蚀性能。
[0159]
实施例4为在实施例3的基础上增加第十一步的表面磷化处理以及第十二步的硅烷化处理；由实施例3与实施例4相比较可知，实施例4的耐盐雾测试性能比实施例3优异，可知在进行表面磷化处理以及硅烷化处理后可提高铝合金的耐盐雾性能，从而提高铝合金的
整体抗腐蚀能力。对挤压铝合金降温至60℃-80℃后进行脱脂，利用完成时效处理的挤压铝合金的余热进行脱脂处理，节约能源，且保证工艺的连续性，多次涂覆磷化液可使铝合金表面磷化处理效果更佳，余热喷涂磷化液且进行风干，该工艺可快速进行磷化，减少生产所需时间；同时完成表面磷化处理后以浸入的方式进行硅烷化处理，该种施工涂覆工艺简单，易于操作，使铝合金表面的硅烷化处理较均匀，并在120℃-150℃下进行固化，快速使铝合金表面完成硅烷化处理。
[0160]
对比例7与实施例4的区别在于，对比例7不进行第十二步硅烷化处理，由表1数据可知，实施例4的铝合金的耐盐雾性能比表面处理仅进行表面磷化处理的铝合金耐盐雾性能优异，可知，通过第十一步表面磷化处理与第十二步硅烷化处理相互结合，可提高铝合金的耐盐雾性能，从而提高铝合金的整体抗腐蚀能力。
[0161]
对比例8与实施例4的区别在于，对比例8不进行第十一步表面磷化处理，由表1数据可知，实施例4的铝合金的耐盐雾性能比表面处理仅进行硅烷化处理的铝合金耐盐雾性能优异，可知第十一步表面磷化处理与第十二步硅烷化处理相互结合，可提高铝合金的耐盐雾性能，从而提高铝合金的整体抗腐蚀能力。
[0162]
对比例9与对比例2的区别在于，对比例9增加实施例4的第十一步的表面磷化处理以及第十二步的硅烷化处理，由表1数据可知，进行了表面磷化处理以及硅烷化处理的对比例9比对比例2的耐盐雾性能优异，故表面磷化处理以及硅烷化处理相结合可提高铝合金的耐盐雾性能，从而提高铝合金的整体抗腐蚀性能。
[0163]
对比例10与对比例4的区别在于，对比例10增加实施例4的第十一步的表面磷化处理以及第十二步的硅烷化处理，由表1数据可知，对比例4进行低温度的双级时效下，耐盐雾性能较差，但进行对比例10增加的工艺后，铝合金的耐盐雾性能显著提高，故表面磷化处理以及硅烷化处理相结合可提高铝合金的耐盐雾性能，从而提高铝合金的整体抗腐蚀性能。
[0164]
对比例11与实施例4的区别在于，对比例11的硅烷化工艺中不添加硝酸钆，由表1数据可知，添加硝酸钆的实施例4比未添加硝酸钆的对比例11的耐盐雾性能优异，可知添加硝酸钆可提高铝合金的耐盐雾性能，从而提高铝合金的整体抗腐蚀性能。
[0165]
本发明中，zn、mg、cu是该系列铝合金的主要合金元素，除了通过固溶强化提高合金强度外还能通过热处理过程，改变析出强化相mgzn2和cual2的尺寸及数量，达到析出强化效果。其中，mgzn2在al中的溶解度很大，且随温度升降剧烈变化，具有很强的时效强化效果。zn、mg含量提高，可使铝合金的强度和硬度大大提高，但是塑性和耐腐蚀性能降低。适量添加cu元素也能够提高合金的过饱和程度，扩大gp区的稳定温度范围，提高抗拉强度和塑性，但cu元素的加入有产生点蚀的倾向，应该加以控制。本发明通过对合金成分的系统研究，发现当zn含量小于6.1％，mg含量小于1.5％，cu含量少于0.25％，铝合金的抗拉强度和屈服强度不能分别达到580mpa和550mpa，当zn含量大于6.4％，mg含量大于1.7％，cu含量大于0.35％，合金的塑性和耐腐性性能则会显著恶化。只有当zn含量在6.1～6.4％，mg含量在1.5％～1.7％，cu含量在0.25％～0.35％时，铝合金才能获得高强度、高耐腐蚀性能。
[0166]
ti通过al-5ti-b丝变质剂加入，能够细化铝合金铸锭的晶粒，提高再结晶温度。控制ti含量在0.03％～0.08％，结合超声铸造等技术，可使铸锭的晶粒尺寸控制在100微米-150微米。
[0167]
提高铝合金的纯净度是保障铝合金获得高综合性能的基础，本发明先是通过向熔
体吹入带有无钠精炼剂的氩气，对熔体进行混合除气除杂，然后将熔体依次流过除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，对熔体进行深度净化，减少气孔和夹杂对铝合金力学性能和耐腐蚀性能的影响。
[0168]
铸锭的晶粒细化是通过加入al-5ti-b丝变质剂以及超声处理完成的。超声波穿透熔体时在熔体内部形成一定的空化区域，这些区域会形成大量的空泡，并从附近的熔体中吸收热量，导致熔体出现大量的局部过冷，形核增多，从而实现晶粒细化。另一方面，不稳定的气泡破碎所产生的局部高温高压还能造成二次晶粒破碎、细化。本发明结合al-5ti-b丝变质剂，控制超声波功率在150w～200w，施振时间在5min-10min，可以获得的铸造晶粒尺寸在100微米-150微米。
[0169]
均匀化处理能够改善合金内部的元素偏析，提高成分均匀性和可挤压性，对合金最终的力学性能有一定的提高作用。本案发明人大量实验研究后发现，本发明所述铝合金的理想均匀化温度和时间是450℃～490℃和20小时-28小时，可以完全消除铸锭内部元素的宏微观偏析，使元素和粗大金属间化合物充分固溶。
[0170]
挤压温度、挤压速度以及淬火效果影响着铝合金的过饱和固溶度，从而显著的影响其最终力学性能。申请人通过对本发明所述铝合金的挤压工艺研究后发现将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃～470℃，在模具温度为440℃-460℃、挤压筒温度为400℃-420℃、出口温度为490℃-510℃、挤压速度为8m/min～12m/min的条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温可以保证合金具有足够的过饱和固溶度。如果出口温度低于490℃，则合金中的过剩相无法充分溶入铝基体，如果出口温度高于510℃，则容易造成产品表面质量问题。
[0171]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0172]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种7系高强耐蚀铝合金，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：zn 6.1％～6.4％、mg 1.5％～1.7％、cu 0.25％～0.35％、fe≤0.15％、si≤0.04％、ti 0.03％～0.08％、余量为al。2.根据权利要求1所述的7系高强耐蚀铝合金，其特征在于，还包括其他杂质，所述其他杂质总量≤0.15％。3.根据权利要求1所述的7系高强耐蚀铝合金，其特征在于，所述7系高强耐蚀铝合金抗拉强度大于580mpa，屈服强度大于550mpa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于pa级。4.一种7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：选用al-20cu合金、al-5ti-b合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的锌锭、纯度为99.9％的镁锭作为原材料；第二步：将铝锭在730℃～750℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为6.1％～6.4％的锌锭、1.5％～1.7％的镁锭、1.25％～1.75％的al-20cu合金，搅拌熔化成铝合金熔体；第三步：用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为730℃～750℃，精炼多次，每次精炼时间为25min～40min，精炼完毕进行扒渣，扒渣后静置25min～35min；第四步：使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为150w～200w，施振时间为5min-10min；第五步：将炉内铝合金熔体导入流槽，将al-5ti-b合金丝加入到铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理；第六步：将铝合金熔体依次流过设置在流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；第七步：将铝合金熔体在铸造温度710℃～740℃、铸造速度90mm/min～100mm/min、冷却水压力0.1mpa-0.2mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；第八步：将铝合金铸锭加热至450℃～490℃均匀化处理20小时-28小时，然后水雾强制冷却至室温；第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃～470℃，在挤压速度为8m/min～12m/min条件下进行挤压成形得到挤压铝合金，然后穿水冷却至室温；第十步：将挤压铝合金加热至110℃～130℃时效22小时～26小时，然后快速加热至185℃-210℃保温15min-25min，快速水冷至室温后继续加热至110℃～130℃时效22小时～26小时。5.根据权利要求4所述的7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，在第三步中，无钠精炼剂的添加量为按每吨铝合金熔体配比3公斤精炼剂计算。6.根据权利要求4所述的7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，在第五步中，所述al-5ti-b合金丝按在线加入占总原料添加量的0.004％～0.01％，加入速度为2m/min～3m/min。7.根据权利要求4所述的7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，在第九步中，挤压的模具温度为440℃-460℃，挤压筒温度为400℃-420℃，出口温度为490℃-510℃。8.根据权利要求4所述的7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，所述7系高强耐蚀铝合金的制备方法还包括以下步骤：
第十一步：表面磷化处理；将完成第十步时效处理的挤压铝合金降温至60℃-80℃，降温完毕对挤压铝合金的表面进行脱脂处理，脱脂完毕进行去离子水清洗、烘干；预热挤压铝合金至70℃-80℃；预热完毕进行第一次喷涂磷化液；第一次喷涂磷化液完毕后进行第一次风干，第一次风干时长为5min-8min；对完成第一风干的挤压铝合金进行第二次喷涂磷化液，第二次喷涂磷化液完毕后进行第二次风干，第二次风干时长为10min-20min；第十二步：硅烷化处理；对完成第十一步的表面磷化处理的挤压铝合金进行浸入复合硅烷溶液；浸入时长为10s-15s，浸入完毕后于120℃-150℃条件下固化30min-35min。9.根据权利要求8所述的7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，所述磷化液包括以下制备原料：zn(h2po4)
2 5g/l-8g/l、zn(no3)2·
6h20 8g/l-1 2g/l、ni(no3)2·
6h2o1g/l-3g/l、mn(no3)
2 0.1g/l-0.4g/l、氟硅酸钠0.4g/l-0.8g/l、酒石酸1g/l-2g/l、盐酸羟胺0.2g/l-0.4g/l、水余量。10.根据权利要求8所述的7系高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，所述复合硅烷溶液包括以下步骤制成：按照重量比为10:25:65的比例，将硅烷偶联剂、乙醇以及去离子水搅拌混合，其中，所述硅烷偶联剂为重量比1:1的γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合而成；然后按照0.3g/l的添加量加入硝酸钆，并搅拌混合，调节ph＝7，室温水解2h，得到复合硅烷溶液。

技术总结
本发明公开了一种7系高强耐蚀铝合金，并通过精炼、超声波处理、细化处理、除气过滤、铸锭、时效处理得到晶粒细小、强度高、耐腐蚀性能好的7系铝合金，其强度不低于峰值时效工艺获得的强度；合金在熔铸时，采用超声铸造技术，对熔体进行超声波处理，通过“空化效应”促使晶粒形核增多、破碎晶粒，实现晶粒细化，提高合金的综合力学性能；通过挤压工艺和热处理工艺，通过回归再时效工艺使晶界处产生不连续的粗大η相，延缓腐蚀沿晶界发生，提高合金的耐腐蚀性能；该7系高强耐蚀铝合金的抗拉强度大于580MPa，屈服强度大于550MPa，拉伸率大于14％，抗剥落腐蚀等级不低于PA级，其强度与耐腐蚀性能平衡，可满足当前领域强度高、抗腐蚀能力强的需求。的需求。


技术研发人员：杨舜明 王岗 陈杰
受保护的技术使用者：广亚（广东）铝业有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/9/7