本發明涉及一種耐應力腐蝕高強鋁合金的制備方法，屬于鋁合金制備技術領域。

背景技術：

鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。

高強鋁合金一般是指以鋁鋅鎂銅系列的超硬高強鋁合金。近些年來，優化合金成分設計、提高純度、發展新的熱處理制度、超細化合金的組織結構、精確調控合金中強化相的最佳三維分布，成為發展高性能鋁合金的重要方向。在鋁合金構件的服役過程中，局部腐蝕往往是導致其失效的主要原因，而其中高強鋁合金的應力腐蝕開裂問題尤為突出。應力腐蝕的特點是材料構件在斷裂破壞前沒有明顯的預兆，故其破壞性和危害性極大。因此，鋁合金應力腐蝕開裂一直倍受人們關注。鋁合金在潮濕空氣中發生的應力腐蝕開裂就屬于陽極溶解型，因為鋁合金在自然狀態下易形成氧化層保護膜，具有較好的耐蝕性。在拉應力作用下，由于氧化膜與基體金屬延伸性存在差異，氧化膜破裂，使裸露的基體金屬與氧化膜在介質環境中形成小陽極和大陰極的自腐蝕電池，發生陽極溶解，從而促使裂紋較快擴展。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題：針對傳統高強鋁合金在使用過程中出現的因應力腐蝕而使材料出現無明顯征兆的斷裂破壞，導致材料失效的問題，提供了一種以二氧化鈦與氧化硼等反應得到的產物為添加劑，與純鋁液混合熔融后，經梯度降溫得到耐應力腐蝕高強鋁合金的制備方法。本發明首先利用炭黑和鋁粉為還原劑，與二氧化鈦和氧化硼在高溫下反應，生成硼鈦化合物，提高鋁合金的耐應力腐蝕和常規的耐酸堿腐蝕能力，經熔融混合后，采用梯度降溫，使合金中晶界析出相粗化，析出相間距增大，從而進一步提高耐應力腐蝕能力和屈服強度，最終制得耐應力腐蝕高強鋁合金。本發明通過添加自制硼鈦化合物配合梯度降溫，進一步提高鋁合金材料的耐應力腐蝕能力，有效解決了傳統鋁合金因應力腐蝕出現的無征兆斷裂破壞問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是：

（1）按重量份數計，依次稱取80～85份180～200目二氧化鈦，70～75份150～200目氧化硼，45～50份180～200目炭黑，10～15份150～200目鋁粉，倒入混料機中，于轉速為600～800r/min條件下，攪拌混合45～60min，再將混料機中物料倒入石墨坩堝，隨后將石墨坩堝置于碳管爐，以3～5mL/min速率向爐內通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態下，加熱升溫至1100～1200℃，恒溫反應30～45min；

（2）待反應結束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態下，滴加質量分數為10～15%鹽酸，直至物料不再溶解為止，過濾，去除濾液，收集濾渣，并用去離子水洗滌濾渣3～5次，隨后將濾渣轉入真空干燥箱，于溫度為75～85℃條件下干燥4～6h，得干燥濾渣，并將所得干燥濾渣置于粉碎機中，粉碎后過180～200目篩，得過篩濾渣；

（3）稱取100～200g上述所得過篩濾渣，平鋪于模具底部，再將3～5kg預熱至760～800℃的純鋁液倒入模具中，待自然冷卻至200～250℃，脫模，并擠壓成厚度為0.2～0.4mm薄片，隨后將薄片投入熔煉爐，加熱升溫直至薄片完全熔融，保溫30～45min，除去熔融物表面浮渣，再將熔煉爐內物料倒入模具中；

（4）待模具中物料自然冷卻至480～500℃，向模具表面噴灑去離子水，使其快速冷卻至200～250℃，保溫10～20s后，再向模具表面噴灑去離子水，使其冷卻至室溫，脫模，即得耐應力腐蝕高強鋁合金。

本發明制得的耐應力腐蝕高強鋁合金抗拉強度為820～870MPa，伸長率為13～15%，屈服強度為740～780MPa，裂紋敏感性2.2～2.8%，屈服值290～352MPa，應力腐蝕門檻值為180～220MPa。

本發明與其他方法相比，有益技術效果是：

（1）本發明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應力腐蝕性能，與傳統鋁合金相比抗應力腐蝕性能提高了15～21%；

（2）本發明耐應力腐蝕高強鋁合金與傳統鋁合金相比斷裂韌性提高了28～36%，應力腐蝕裂紋擴展速率降低了29～38%。

具體實施方式

首先按重量份數計，依次稱取80～85份180～200目二氧化鈦，70～75份150～200目氧化硼，45～50份180～200目炭黑，10～15份150～200目鋁粉，倒入混料機中，于轉速為600～800r/min條件下，攪拌混合45～60min，再將混料機中物料倒入石墨坩堝，隨后將石墨坩堝置于碳管爐，以3～5mL/min速率向爐內通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態下，加熱升溫至1100～1200℃，恒溫反應30～45min；然后待反應結束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態下，滴加質量分數為10～15%鹽酸，直至物料不再溶解為止，過濾，去除濾液，收集濾渣，并用去離子水洗滌濾渣3～5次，隨后將濾渣轉入真空干燥箱，于溫度為75～85℃條件下干燥4～6h，得干燥濾渣，并將所得干燥濾渣置于粉碎機中，粉碎后過180～200目篩，得過篩濾渣；再稱取100～200g上述所得過篩濾渣，平鋪于模具底部，再將3～5kg預熱至760～800℃的純鋁液倒入模具中，待自然冷卻至200～250℃，脫模，并擠壓成厚度為0.2～0.4mm薄片，隨后將薄片投入熔煉爐，加熱升溫直至薄片完全熔融，保溫30～45min，除去熔融物表面浮渣，再將熔煉爐內物料倒入模具中；最后待模具中物料自然冷卻至480～500℃，向模具表面噴灑去離子水，使其快速冷卻至200～250℃，保溫10～20s后，再向模具表面噴灑去離子水，使其冷卻至室溫，脫模，即得耐應力腐蝕高強鋁合金。

實例1

首先按重量份數計，依次稱取80份180目二氧化鈦，70份150目氧化硼，45份180目炭黑，10份150目鋁粉，倒入混料機中，于轉速為600r/min條件下，攪拌混合45min，再將混料機中物料倒入石墨坩堝，隨后將石墨坩堝置于碳管爐，以3mL/min速率向爐內通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態下，加熱升溫至1100℃，恒溫反應30min；然后待反應結束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態下，滴加質量分數為10%鹽酸，直至物料不再溶解為止，過濾，去除濾液，收集濾渣，并用去離子水洗滌濾渣3次，隨后將濾渣轉入真空干燥箱，于溫度為75℃條件下干燥4h，得干燥濾渣，并將所得干燥濾渣置于粉碎機中，粉碎后過180目篩，得過篩濾渣；再稱取100g上述所得過篩濾渣，平鋪于模具底部，再將3kg預熱至760℃的純鋁液倒入模具中，待自然冷卻至200℃，脫模，并擠壓成厚度為0.2mm薄片，隨后將薄片投入熔煉爐，加熱升溫直至薄片完全熔融，保溫30min，除去熔融物表面浮渣，再將熔煉爐內物料倒入模具中；最后待模具中物料自然冷卻至480℃，向模具表面噴灑去離子水，使其快速冷卻至200℃，保溫10s后，再向模具表面噴灑去離子水，使其冷卻至室溫，脫模，即得耐應力腐蝕高強鋁合金。

本發明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應力腐蝕性能，與傳統鋁合金相比抗應力腐蝕性能提高了15%，斷裂韌性提高了28%，應力腐蝕裂紋擴展速率降低了29%；制得的耐應力腐蝕高強鋁合金抗拉強度為820MPa，伸長率為13%，屈服強度為740MPa，裂紋敏感性2.2%，屈服值290MPa，應力腐蝕門檻值為180MPa。

實例2

首先按重量份數計，依次稱取83份190目二氧化鈦，73份175目氧化硼，48份190目炭黑，13份175目鋁粉，倒入混料機中，于轉速為700r/min條件下，攪拌混合52min，再將混料機中物料倒入石墨坩堝，隨后將石墨坩堝置于碳管爐，以4mL/min速率向爐內通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態下，加熱升溫至1150℃，恒溫反應38min；然后待反應結束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態下，滴加質量分數為13%鹽酸，直至物料不再溶解為止，過濾，去除濾液，收集濾渣，并用去離子水洗滌濾渣4次，隨后將濾渣轉入真空干燥箱，于溫度為80℃條件下干燥5h，得干燥濾渣，并將所得干燥濾渣置于粉碎機中，粉碎后過190目篩，得過篩濾渣；再稱取150g上述所得過篩濾渣，平鋪于模具底部，再將4kg預熱至780℃的純鋁液倒入模具中，待自然冷卻至230℃，脫模，并擠壓成厚度為0.3mm薄片，隨后將薄片投入熔煉爐，加熱升溫直至薄片完全熔融，保溫38min，除去熔融物表面浮渣，再將熔煉爐內物料倒入模具中；最后待模具中物料自然冷卻至490℃，向模具表面噴灑去離子水，使其快速冷卻至230℃，保溫15s后，再向模具表面噴灑去離子水，使其冷卻至室溫，脫模，即得耐應力腐蝕高強鋁合金。

本發明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應力腐蝕性能，與傳統鋁合金相比抗應力腐蝕性能提高了18%，斷裂韌性提高了32%，應力腐蝕裂紋擴展速率降低了34%；制得的耐應力腐蝕高強鋁合金抗拉強度為845MPa，伸長率為14%，屈服強度為760MPa，裂紋敏感性2.5%，屈服值321MPa，應力腐蝕門檻值為200MPa。

實例3

首先按重量份數計，依次稱取85份200目二氧化鈦，75份200目氧化硼，50份200目炭黑，15份200目鋁粉，倒入混料機中，于轉速為800r/min條件下，攪拌混合60min，再將混料機中物料倒入石墨坩堝，隨后將石墨坩堝置于碳管爐，以5mL/min速率向爐內通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態下，加熱升溫至1200℃，恒溫反應45min；然后待反應結束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態下，滴加質量分數為15%鹽酸，直至物料不再溶解為止，過濾，去除濾液，收集濾渣，并用去離子水洗滌濾渣5次，隨后將濾渣轉入真空干燥箱，于溫度為85℃條件下干燥6h，得干燥濾渣，并將所得干燥濾渣置于粉碎機中，粉碎后過200目篩，得過篩濾渣；再稱取200g上述所得過篩濾渣，平鋪于模具底部，再將5kg預熱至800℃的純鋁液倒入模具中，待自然冷卻至250℃，脫模，并擠壓成厚度為0.4mm薄片，隨后將薄片投入熔煉爐，加熱升溫直至薄片完全熔融，保溫45min，除去熔融物表面浮渣，再將熔煉爐內物料倒入模具中；最后待模具中物料自然冷卻至500℃，向模具表面噴灑去離子水，使其快速冷卻至250℃，保溫20s后，再向模具表面噴灑去離子水，使其冷卻至室溫，脫模，即得耐應力腐蝕高強鋁合金。

本發明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應力腐蝕性能，與傳統鋁合金相比抗應力腐蝕性能提高了21%，斷裂韌性提高了36%，應力腐蝕裂紋擴展速率降低了38%；制得的耐應力腐蝕高強鋁合金抗拉強度為870MPa，伸長率為15%，屈服強度為780MPa，裂紋敏感性2.8%，屈服值352MPa，應力腐蝕門檻值為220MPa。