CN113444930A - 一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增强增耐蚀性的Al‑Mg‑Sn‑Ga铝合金及其制备方法，主要涉及铝合金材料领域。所述增强增耐蚀性的Al‑Mg‑Sn‑Ga铝合金，包括含量为4‑5wt％的Mg，含量为2‑3wt％的Sn，含量为0.5‑1wt％的Ga，余量为Al。本发明铝合金具有Mg和Sn元素含量低、生物安全性高、成本低、工艺简单等优点，且通过凝固速率的控制，在低Mg、Sn含量的铸态铝合金中形成了LPSO结构，同时加入Ga后，在铸态合金中形成了有益于合金耐蚀性能的离异共晶相，显微组织可调控，并且Sn、Ga具有细化晶粒的作用，通过细化晶粒改善组织，提高组织的均匀性，从而显著改善了合金的耐蚀性能。本发明通过Sn、Ga合金化元素的添加可有效地提高Al‑Mg合金的强度、塑性和耐蚀性。

Description

一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及铝合金材料领域，具体是一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金及其制备方法。
背景技术
随着技术的发展，铝合金得到越来越广泛的的研究与应用。铝合金是以铝为基体加入其他元素组成的合金，具有密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力大，质量轻等优点，同时具有具有较高的比刚度、更好的减震性能以及更强的抗辐射能力，被广泛应用至不同领域，但目前现有的铝合金的综合机械性能不佳，导热系数较低，耐腐蚀性能较差，不利于铝合金的发展与推广，限制了铝合金的应用。通过合金化来提高铝合金的综合力学和耐腐蚀性能是一种非常有效的技术手段。Al-Mg-Sn合金是近些年广受关注的新型铝合金，液态Al-Mg-Sn合金具有良好的流动性，赋予了它们较好的铸造性能。同时，Al-Mg-Sn合金适合于宽的温度和变形速度范围下的变形成形能力，使得Al-Mg-Sn合金具有良好的加工性能。随着Sn含量的增加，形成的Al3Sn金属间化合物的含量随之增加，大量的Al3Sn析出强化导致合金的强度增加。但是Al3Sn金属间化合物在合金的腐蚀过程中作为阴极相，Al3Sn的含量增加会降低合金的耐蚀性。因此，Al-Mg-Sn合金的强度和耐蚀性的兼容是一个需要急需解决的难题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金及其制备方法，它能够兼具高强度和良好的耐蚀性。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金，包括以下质量分数的组分：Mg4-5wt％；Sn2-3wt％；Ga0.5-1wt％；余量为Al。
一种权利要求1所述增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将纯Al、纯Mg、纯Sn和纯Ga按照目标合金中的质量百分比进行配料，并放置烘干箱中烘干1-2h，烘干温度在60-80℃；
(2)、将氧化镁坩埚用电阻炉加热至660-680℃，放入步骤(1)中的纯Al，通入保护气等待其完全熔化；
(3)、待步骤(2)中纯Al完全熔化后，将温度升至680-700℃，保温10-20分钟，然后加入步骤(1)中的纯Mg、纯Sn和纯Ga，保温8-15分钟；
(4)待步骤(3)中加入的Mg、Sn和Ga完全熔化后，再充分搅拌5-10分钟以保证金属液的成分均匀；
(5)搅拌后静置10-20分钟后测温，将温度控制在680-690℃左右，扒渣，然后浇铸在预热的金属模具中；
(6)将步骤(5)得到的铸锭放置在真空热处理炉中进行均匀化热处理，热处理温度：530℃-580℃，保温时间20-24h，保温结束将铸锭空冷，得到铸态Al-Mg-Sn-Ga合金。
(7)车削除去氧化皮后，挤压呈铝合金棒材。
优选的，所述的纯Al、纯Mg、纯Sn和纯Ga的纯度为99.9％以上。
优选的，所述的步骤(5)中浇铸时将金属模具预热至300-400℃。
优选的，所述的步骤(7)中的挤压温度为440-470℃，挤压比为5-22，挤压冲头速度为0.6-0.7mm/s。
优选的，所述的挤压参数的选择遵循低挤压温度对应低挤压比和高挤压冲头速度，高挤压温度对应高挤压比和低挤压冲头速度的原则。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明铝合金具有Mg和Sn元素含量低、生物安全性高、成本低、工艺简单等优点，且通过凝固速率的控制，在低Mg、Sn含量的铸态铝合金中形成了LPSO结构，同时加入Ga后，在铸态合金中形成了有益于合金耐蚀性能的离异共晶相，显微组织可调控，并且Ga具有细化晶粒的作用，通过细化晶粒改善组织，提高组织的均匀性，从而显著改善了合金的耐蚀性能。
综上，本发明通过在Al-Mg-Sn二元合金的基础上加入Ga元素，Ga元素在Al-Mg-Sn合金腐蚀过程中形成相对致密的保护膜，从而增加Al-Mg-Sn合金的耐蚀性。此外，Ga元素的添加还可以形成Al5Ga3相，增加Al-Mg-Sn合金的强度和韧性。因此，本发明增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga合金及其制备方法对促进Al-Mg基合金的潜在工业应用有着重要意义。
附图说明
图1为实施例1中铸态合金的显微组织图；
图2为实施例1中挤压态中LPSO结构和Al5Ga3相的组织图；
图3为实施例2中具有离异共晶组织的铸态合金组织图；
图4为各实施例铝合金机械性能检测报告。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例1：
本实例公开了一种增强增耐蚀性Al-Mg-Sn-Ga铝合金，按质量百分数计，含量：4.5wt％Mg，2.5wt％Sn，其余量为Al。其制备方法如下：
(1)将纯Al、纯Mg、纯Sn按照目标合金中的质量百分比进行配料，并放置烘干箱中烘干1h，烘干温度在60℃；
(1)将氧化镁坩埚用电阻炉加热至670℃，放入步骤(1)中的纯Al，通入保护气；
(3)待步骤(1)中纯Al完全熔化，将温度设置在700℃左右，保温20分钟，然后放入步骤(1)中的纯Mg、纯Sn和纯Ga，保温10分钟；
(4)待步骤(3)中加入的Mg、Sn和Ga完全熔化后，再充分搅拌10分钟以保证金属液的成分均匀；
(5)搅拌后静置20分钟后测温，将温度控制在680-690℃左右，扒渣，然后浇铸在预热的金属模具中；
(6)将步骤(5)得到的铸锭放置在真空热处理炉中进行均匀化热处理，热处理温度：580℃，保温时间20h，保温结束将铸锭空冷，得到铸态Al-Mg-Sn-Ga合金。
(7)车削除去氧化皮后，挤压温度为450℃，挤压比16，挤压速度0.6mm/s，挤压成铝合金棒材。
通过以上方法制备的铸造合金，取样做拉伸力学试验，并在3.5wt％NaCl溶液中浸泡72h，力学性能和腐蚀速度结果，见表1，
实施例2：
本实例公开了一种增强增耐蚀性Al-Mg-Sn-Ga铝合金，按质量百分数计，含量：4.5wt％Mg，2.5wt％Sn，0.5wt％Ga，其余量为Al。其制备方法同上实例1。通过以上方法制备的铸造合金，取样做拉伸力学试验，并在3.5wt％NaCl溶液中浸泡72h，力学性能和腐蚀速度结果，见表1。
实施例3：
本实例公开了一种增强增耐蚀性Al-Mg-Sn-Ga铝合金，按质量百分数计，含量：4.5wt％Mg，2.5wt％Sn，0.8wt％Ga，其余量为Al。其制备方法同上实例1。通过以上方法制备的铸造合金，取样做拉伸力学试验，并在3.5wt％NaCl溶液中浸泡72h，力学性能和腐蚀速度结果，见表1。
实施例4：
本实例公开了一种增强增耐蚀性Al-Mg-Sn-Ga铝合金，按质量百分数计，含量：4.5wt％Mg，2.5wt％Sn，1wt％Ga，其余量为Al。其制备方法同上实例1。通过以上方法制备的铸造合金，取样做拉伸力学试验，并在3.5wt％NaCl溶液中浸泡72h，力学性能和腐蚀速度结果，见表1。
表1挤压态Al-4.5Mg-2.5Sn-xGa(0<x<(1)合金力学性能和腐蚀速度
Figure BDA0003112288260000051
由表一可以看出，实施例1-4中，该制备方法通过合理的合金成分设计和工艺控制，获得了低成本铝合金，该合金在铸态和挤压态下均具有LPSO结构，当添加Ga后形成离异共晶组织，在挤压态中析出Al5Ga3增强相，该相与基体腐蚀电位接近，降低了电偶腐蚀的发生。
通过Ga元素的添加明显地减少铸态Al-4.5Mg-2.5Sn合金的腐蚀速度。当添加1wt％Ga时，Al-4.5Mg-2.5Sn合金合金的腐蚀速度由0.71mm/y减小到0.22mm/y。可见Ga元素的添加可以有效地改善Al-4.5Mg-2.5Sn合金的强度和耐蚀性。Ga元素在Al-4.5Mg-2.5Sn中可以细化晶粒，并形成Al5Ga3相，提高合金的强度和韧性。在耐蚀性方面，Ga降低Al3Sn金属间化合物的阴极相效果，在表面形成致密的保护膜，提高合金的耐蚀性。综上所述，Ga是有效提高Al-4.5Mg-2.5Sn合金的强度和耐蚀性的合金化添加元素。本发明显著降低了成本，提高了力学与耐蚀性。

Claims (6)

1.一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的组分：Mg4-5wt％；Sn2-3wt％；Ga0.5-1wt％；余量为Al。
2.一种权利要求1所述增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、将纯Al、纯Mg、纯Sn和纯Ga按照目标合金中的质量百分比进行配料，并放置烘干箱中烘干1-2h，烘干温度在60-80℃；
(2)、将氧化镁坩埚用电阻炉加热至660-680℃，放入步骤(1)中的纯Al，通入保护气等待其完全熔化；
(3)、待步骤(2)中纯Al完全熔化后，将温度升至680-700℃，保温10-20分钟，然后加入步骤(1)中的纯Mg、纯Sn和纯Ga，保温8-15分钟；
(4)待步骤(3)中加入的Mg、Sn和Ga完全熔化后，再充分搅拌5-10分钟以保证金属液的成分均匀；
(5)搅拌后静置10-20分钟后测温，将温度控制在680-690℃左右，扒渣，然后浇铸在预热的金属模具中；
(6)将步骤(5)得到的铸锭放置在真空热处理炉中进行均匀化热处理，热处理温度：530℃-580℃，保温时间20-24h，保温结束将铸锭空冷，得到铸态Al-Mg-Sn-Ga合金。
(7)车削除去氧化皮后，挤压呈铝合金棒材。
3.根据权利要求2所述的一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金的制备方法，其特征在于：所述的纯Al、纯Mg、纯Sn和纯Ga的纯度为99.9％以上。
4.根据权利要求2所述的一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中浇铸时将金属模具预热至300-400℃。
5.根据权利要求2所述的一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(7)中的挤压温度为440-470℃，挤压比为5-22，挤压冲头速度为0.6-0.7mm/s。
6.根据权利要求5所述的一种增强增耐蚀性的Al-Mg-Sn-Ga铝合金的制备方法，其特征在于：所述的挤压参数的选择遵循低挤压温度对应低挤压比和高挤压冲头速度，高挤压温度对应高挤压比和低挤压冲头速度的原则。
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