本發(fā)明涉及一種耐應(yīng)力腐蝕高強鋁合金的制備方法，屬于鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)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(yōu)化合金成分設(shè)計、提高純度、發(fā)展新的熱處理制度、超細(xì)化合金的組織結(jié)構(gòu)、精確調(diào)控合金中強化相的最佳三維分布，成為發(fā)展高性能鋁合金的重要方向。在鋁合金構(gòu)件的服役過程中，局部腐蝕往往是導(dǎo)致其失效的主要原因，而其中高強鋁合金的應(yīng)力腐蝕開裂問題尤為突出。應(yīng)力腐蝕的特點是材料構(gòu)件在斷裂破壞前沒有明顯的預(yù)兆，故其破壞性和危害性極大。因此，鋁合金應(yīng)力腐蝕開裂一直倍受人們關(guān)注。鋁合金在潮濕空氣中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂就屬于陽極溶解型，因為鋁合金在自然狀態(tài)下易形成氧化層保護膜，具有較好的耐蝕性。在拉應(yīng)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(zhì)環(huán)境中形成小陽極和大陰極的自腐蝕電池，發(fā)生陽極溶解，從而促使裂紋較快擴展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對傳統(tǒng)高強鋁合金在使用過程中出現(xiàn)的因應(yīng)力腐蝕而使材料出現(xiàn)無明顯征兆的斷裂破壞，導(dǎo)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(yīng)得到的產(chǎn)物為添加劑，與純鋁液混合熔融后，經(jīng)梯度降溫得到耐應(yīng)力腐蝕高強鋁合金的制備方法。本發(fā)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(yīng)，生成硼鈦化合物，提高鋁合金的耐應(yīng)力腐蝕和常規(guī)的耐酸堿腐蝕能力，經(jīng)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(jìn)一步提高耐應(yīng)力腐蝕能力和屈服強度，最終制得耐應(yīng)力腐蝕高強鋁合金。本發(fā)明通過添加自制硼鈦化合物配合梯度降溫，進(jìn)一步提高鋁合金材料的耐應(yīng)力腐蝕能力，有效解決了傳統(tǒng)鋁合金因應(yīng)力腐蝕出現(xiàn)的無征兆斷裂破壞問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是：

（1）按重量份數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態(tài)下，加熱升溫至1100～1200℃，恒溫反應(yīng)30～45min；

（2）待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內(nèi)物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhuǎn)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(yù)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(nèi)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(yīng)力腐蝕高強鋁合金。

本發(fā)明制得的耐應(yīng)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(yīng)力腐蝕門檻值為180～220MPa。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

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

（2）本發(fā)明耐應(yīng)力腐蝕高強鋁合金與傳統(tǒng)鋁合金相比斷裂韌性提高了28～36%，應(yīng)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(shù)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(zhuǎn)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(nèi)通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態(tài)下，加熱升溫至1100～1200℃，恒溫反應(yīng)30～45min；然后待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內(nèi)物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhuǎn)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(yù)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(nèi)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(yīng)力腐蝕高強鋁合金。

實例1

首先按重量份數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態(tài)下，加熱升溫至1100℃，恒溫反應(yīng)30min；然后待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內(nèi)物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhuǎn)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(yù)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(nèi)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(yīng)力腐蝕高強鋁合金。

本發(fā)明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應(yīng)力腐蝕性能，與傳統(tǒng)鋁合金相比抗應(yīng)力腐蝕性能提高了15%，斷裂韌性提高了28%，應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率降低了29%；制得的耐應(yīng)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(yīng)力腐蝕門檻值為180MPa。

實例2

首先按重量份數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態(tài)下，加熱升溫至1150℃，恒溫反應(yīng)38min；然后待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內(nèi)物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhuǎn)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(yù)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(nèi)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(yīng)力腐蝕高強鋁合金。

本發(fā)明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應(yīng)力腐蝕性能，與傳統(tǒng)鋁合金相比抗應(yīng)力腐蝕性能提高了18%，斷裂韌性提高了32%，應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率降低了34%；制得的耐應(yīng)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(yīng)力腐蝕門檻值為200MPa。

實例3

首先按重量份數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)通入氬氣，直至排出所有空氣，在氬氣保護狀態(tài)下，加熱升溫至1200℃，恒溫反應(yīng)45min；然后待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻至室溫，再將碳管爐內(nèi)物料倒入燒杯中，在玻璃棒攪拌狀態(tài)下，滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhuǎn)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(yù)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(nèi)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(yīng)力腐蝕高強鋁合金。

本發(fā)明制備步驟簡單，所得鋁合金具有較強的抗應(yīng)力腐蝕性能，與傳統(tǒng)鋁合金相比抗應(yīng)力腐蝕性能提高了21%，斷裂韌性提高了36%，應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率降低了38%；制得的耐應(yīng)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(yīng)力腐蝕門檻值為220MPa。