本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備方法，尤其是一種新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金及其制備方法，具體地說(shuō)是一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

Al-Mn系鋁合金，具有優(yōu)異的耐蝕性能和塑性加工成型性能，并且具有密度小、焊接性能好、延展性好、表面光潔等優(yōu)良的綜合性能，在海洋工程、航空航天、汽車等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是Al-Mn系鋁合金屬于熱處理不可強(qiáng)化的變形鋁合金，強(qiáng)度相對(duì)較低，限制了應(yīng)用。

合金化是調(diào)控合金組織性能的有效手段。在Al-Mn系鋁合金中添加Mg元素，可以有效提高合金的強(qiáng)度，但當(dāng)Mg含量過(guò)高時(shí)，合金晶界上會(huì)析出腐蝕電位(?1.085V)比鋁基體α(Al)的腐蝕電位(?0.812V)低的β(Al₃Mg₂)相，合金晶間腐蝕敏感性提高。在Al-Mn系鋁合金添加Mg元素的基礎(chǔ)上進(jìn)一步添加Zn元素，可使合金晶界形成τ(Mg₃₂(Al, Zn)₄₉)相來(lái)抑制β(Al₃Mg₂)相的生成。由于τ(Mg₃₂(Al, Zn)₄₉)的腐蝕電位(?0.813V)比β(Al₃Mg₂)相的腐蝕電位(?1.085V)高并且與鋁基體α(Al)的腐蝕電位(?0.812V)相近，因此，Zn元素的合金化可以提高合金的抗腐蝕性能。另外，Zr元素可使合金內(nèi)部析出ZrAl₃質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化合金組織，抑制再結(jié)晶，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度和抗腐蝕性能。

到目前為止，我國(guó)尚未有一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金可供使用，這一定程度上制約了我國(guó)海洋電纜敷設(shè)裝置等工業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金成份較為簡(jiǎn)單，不能同時(shí)滿足高強(qiáng)和防腐要求的問(wèn)題，發(fā)明一種通過(guò)添加Mg、Zn、Zr元素發(fā)明一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金，來(lái)從根本上解決現(xiàn)有海洋電纜敷設(shè)裝置鋁合金的抗腐蝕性、強(qiáng)度、塑性成形性難以兼顧的問(wèn)題，同時(shí)提供一種相應(yīng)的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金，其特征在于：它主要由鋁（Al）、錳（Mn）、鎂（Mg）、鋅（Zn）和鋯（Zr）組成，其中，錳（Mn）的質(zhì)量百分比為0.753~1.48%，鎂（Mg）的質(zhì)量百分比為3.39~3.56%，鋅（Zn）的質(zhì)量百分比為0.0019~0.761%，鋯（Zr）的質(zhì)量百分比為0.203~0.391%，余量為鋁和少量雜質(zhì)元素。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金的制備方法，其特征在于：

首先，將純Al熔化后依次加入Al-Mn中間合金和Al-Zr中間合金，待所有中間合金熔化后加入六氯乙烷精煉除氣直至沒(méi)有氣體逸出，然后再依次加入純Zn和純Mg，待所有金屬熔化后再次加入六氯乙烷精煉除氣直至沒(méi)有氣體逸出，靜置保溫10~ 20min后去渣并澆鑄成錠；

其次，對(duì)澆鑄成錠的合金進(jìn)行成分均勻化的擴(kuò)散退火處理；

最后，對(duì)經(jīng)過(guò)成分均勻化擴(kuò)散退火處理的合金進(jìn)行熱塑性變形和冷塑性變形加工，即可獲得海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金。

所述的Al-Mn中間合金中Mn的質(zhì)量百分比為10.02%，Al-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量百分比為4.11%。

所述的對(duì)澆鑄成錠的成分均勻化的擴(kuò)散退火處理其最佳工藝為420±10℃′2h+460±10℃′2h+500±10℃′2h+520±10℃′10h。

所述的熱塑性變形加工的溫度為520±10℃，變形量為60±5%；所述的冷塑性變形加工溫度為室溫，變形量為50±5%。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明獲得了一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度高塑性成形性的鋁合金的成分設(shè)計(jì)與制備方法。合金鑄錠經(jīng)成分均勻化的擴(kuò)散退火處理（420℃′2h+460℃′2h+500℃′2h+520℃′10h）、熱塑性變形（溫度520℃、變形量60%）和冷塑性變形（室溫、變形量50%）后，抗拉強(qiáng)度為372.697~422.843MPa，延伸率為12~14.4%；按國(guó)標(biāo)GB/T 7998-2005（鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法）中5000系鋁合金測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)其晶間腐蝕的最大腐蝕深度為29.81~71.39mm。

（2）本發(fā)明公開(kāi)了一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金的制備方法，一定程度上打破了國(guó)外對(duì)高性能鋁合金的技術(shù)封鎖，可滿足我國(guó)海洋工程、航空航天、武器裝備等領(lǐng)域的需求。

（3）本發(fā)明通過(guò)大量的試驗(yàn)獲得了理想的制備方法，尤其是通過(guò)采用按次序加入各中間合金及純金屬的方法來(lái)控制各組份含量，按本發(fā)明的工藝能容易地得到符合要求的鋁合金材料。

附圖說(shuō)明

圖1是用本發(fā)明實(shí)施例一新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金制造的海洋電纜敷設(shè)裝置板材晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。

圖2是用本發(fā)明實(shí)施例二新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金制造的海洋電纜敷設(shè)裝置板材晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。

圖3是用本發(fā)明實(shí)施例三新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金制造的海洋電纜敷設(shè)裝置板材晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。

圖4是用本發(fā)明實(shí)施例四新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金制造的海洋電纜敷設(shè)裝置板材晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例一

如圖1所示。

一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金，其制備方法為（以100kg合金計(jì)）：

先將79.47kg A00等級(jí)純Al（成分：99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si，本發(fā)明所有組份均采用質(zhì)量百分比表示，下同，凡組份相加不足100%的部分均為雜質(zhì)）熔化后依次加入7.515kg Al-Mn (89.73Al, 10.02Mn, 0.19Fe, 0.06Si )中間合金、9.513kg Al-Zr中間合金 (95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )，待所有中間合金熔化后加入六氯乙烷精煉除氣直至沒(méi)有氣體逸出，然后加入0.0025kg純Zn和3.5kg純Mg，待所有金屬熔化后再次加入六氯乙烷精煉除氣直至沒(méi)有氣體逸出，靜置保溫10~20 min后去渣并澆鑄成錠。所述的中間合金可直接從市場(chǎng)上購(gòu)置，也可采用常規(guī)方法自行配制。對(duì)熔鑄成錠的合金進(jìn)行420±10℃′2h+460±10℃′2h+500±10℃′2h+520±10℃′10h的成分均勻化的擴(kuò)散退火處理，并進(jìn)行溫度為520℃、變形量為60±5%的熱塑性變形和溫度為室溫、變形量為50±5%的冷塑性變形；即獲得海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金。

本實(shí)施例的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為：0.753%Mn, 3.5%Mg, 0.0025%Zn, 0.391%Zr, 余量為鋁和雜質(zhì)元素。

本實(shí)施例鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為372.697 MPa、12%；按GB/T 7998-2005（鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法）中5000系鋁合金測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)其晶間腐蝕的最大腐蝕深度為29.81 mm（附圖1）。

實(shí)施例二

如圖2所示。

一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金，其制備方法與實(shí)施例一類同。所不同的是調(diào)整中間合金Al-Mn、Al-Zr及純金屬Zn、Mg的加入量，得到的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為：0.774%Mn, 3.39%Mg, 0.0019%Zn, 0.292%Zr, 余量為鋁和雜質(zhì)元素。

本實(shí)施例鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為395.191 MPa、14.3%；按GB/T 7998-2005（鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法）中5000系鋁合金測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)其晶間腐蝕的最大腐蝕深度為52.17 mm（附圖2）。

實(shí)施例三

如圖3所示。

一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金，其制備方法與實(shí)施例一類同。所不同的是調(diào)整中間合金Al-Mn、Al-Zr及純金屬Zn、Mg的加入量，得到的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為：1.48%Mn, 3.56%Mg, 0.739%Zn, 0.203%Zr, 余量為鋁和雜質(zhì)元素。

本實(shí)施例鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為422.843 MPa、14.4%；按GB/T 7998-2005（鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法）中5000系鋁合金測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)其晶間腐蝕的最大腐蝕深度為51.9 mm（附圖3）。

實(shí)施例四。

如圖4所示。

一種海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金，其制備方法與實(shí)施例一類同。所不同的是調(diào)整中間合金Al-Mn、Al-Zr及純金屬Zn、Mg的加入量，得到的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測(cè)量成分為：1.48%Mn, 3.43%Mg, 0.761%Zn, 0.365%Zr, 余量為鋁和雜質(zhì)元素。

本實(shí)施例鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為417.032 MPa、13.7%；按GB/T 7998-2005（鋁合金晶間腐蝕測(cè)定方法）中5000系鋁合金測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)其晶間腐蝕的最大腐蝕深度為71.39 mm（附圖4）。

以上僅列出了幾個(gè)常見(jiàn)配比的鋁合金的配比及制造方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述實(shí)例適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各組份的配比并嚴(yán)格按上述步驟進(jìn)行制造即可獲得理想的海洋電纜敷設(shè)裝置板材專用新型高抗腐蝕高強(qiáng)度鋁錳合金。

本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。