权利要求
1.一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料，其特征在于，该铝合金中各组分质量百分比：Si：0.5-0.8%，Mg：0.8-1.2%，Cu：0.5-0.9%，Mn：0.2-0.4%，Cr：0.1-0.2%，Zn≤0.15%，Fe≤0.15%，Ti：0.05-0.12%，RE：0.5-2.0%，其余为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述RE为La和Ce按重量比1:2组成的混合稀土。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金材料，其特征在于，其中单个杂质元素≤0.05%，杂质总量≤0.15%。
4.一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：以纯铝、纯镁、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝稀土中间合金为原料，其组成的质量百分比为：Si：0.5-0.8%，Mg：0.8-1.2%，Cu：0.5-0.9%，Mn：0.2-0.4%，Cr：0.1-0.2%，Zn≤0.15%，Fe≤0.15%，Ti：0.05-0.12%，RE：0.5-2.0%，其余为Al和不可避免的杂质，按配比称取原料后进行熔炼;逐渐升温至720℃，烘烤炉内水汽，将预热30分钟的原料投入炉内，升温熔化;
步骤S2：第一级采用氩气与精炼剂组合对熔体进行精炼，氩气纯度为99.9%;第二级采用BF3和C2Cl6复合精炼剂对熔体进行精炼;
步骤S3：对精炼后的熔体施加超声场，超声处理的频率为20-25kHz，功率为1.5-2.5kW，处理温度700-720℃，时间10-20分钟;
步骤S4：将处理后的熔体进行半连续铸造，获得铸锭;
步骤S5：第一级均匀化450-470℃保温8-12小时，第二级均匀化530-550℃保温4-6小时;
步骤S6：将均匀化处理的铸锭在380-420℃进行挤压，挤压速度0.5-2.0m/min，挤压比(15-25):1;
步骤S7：挤压后立即进行在线水雾淬火，使温度降至100℃以下;
步骤S8：第一级时效100-120℃保温4-8小时，第二级时效150-170℃保温8-16小时。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，配比中所述RE为La和Ce按重量比1:2组成的混合稀土。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，配比中单个杂质元素≤0.05%，杂质总量≤0.15%。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中第一级精炼剂组成为NaF和NaCl按重量比1:1混合，精炼剂加入量为熔体重量的0.15%，除气时间20分钟。
8.根据权利要求4或7所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中第二级精炼剂中BF3和C2Cl6的重量比为1:3，加入量为熔体重量的0.1%。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中熔体在690℃进行半连续铸造。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于金属材料及冶金的技术领域，具体涉及一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002]铝合金因其优异的比强度、加工性能和耐腐蚀性能，已成为交通运输、航空航天和建筑等领域的关键材料。其中，挤压成型是铝合金型材主要制备方法之一，可通过模具设计获得各种复杂截面形状的型材。在铝合金材料科学领域，稀土(RE)元素作为一种重要的微合金化改性剂，其研究和应用已有数十年历史。早期研究普遍认识到，在铝合金中添加适量稀土可以起到净化熔体、细化晶粒、改善热加工性能以及提高再结晶温度的作用。然而，传统的稀土应用存在诸多局限性，这为后续的技术创新留下了空间。最初，研究人员多采用单一稀土元素，如富铈(Ce)或富镧(La)的混合稀土，以相对较高的添加量(通常>3.0wt%)来尝试改善特定性能。例如，在铸造铝合金中，通过添加高含量稀土来提高高温性能或减少铸造缺陷。
[0003]然而，这种粗放式的添加方式存在明显缺点：1)成本高昂，稀土元素价格昂贵，高添加量显著提高了原材料成本，限制了其在工业上的大规模应用;2)性能折中，过量的稀土会形成粗大、硬脆的金属间化合物相(如Al11RE3，Al4RE)，这些脆性相在应力作用下会成为裂纹源，严重损害材料的塑性和韧性，导致“强度上升、韧性骤降”的矛盾局面;3)工艺敏感性：高稀土含量易导致熔体粘度增加、流动性变差，给熔炼和铸造工艺带来困难，并增加铸锭开裂的风险。为了追求极致性能，特别是在航空航天领域的高强铝合金中，研究人员(1)想要获得高强度，通常通过添加大量的Zn、Cu、Mg等元素，形成高密度的强化相(如GP区、θ‘相、η’相等)来获得，但这往往导致腐蚀性能和可挤压性能下降;(2)想要获得优良的耐腐蚀性，要求合金基体电化学性质均匀，减少由于活泼元素(如Cu)或阴极性第二相(如某些含Fe相、富Cu相)造成的微电池效应，但这往往导致合金强度下降。这类合金本质上仍依赖于高Zn、高Cu来实现强度，其固有的耐腐蚀性能差(尤其是应力腐蚀开裂敏感性高)和挤压成型困难等核心问题并未得到根本解决。
[0004]因此，开发一种兼具高强度、高韧性、优良耐腐蚀性能和挤压成型性能的铝合金材料，具有重要的工业应用价值。
发明内容
[0005]针对现有技术中的问题，本申请提出一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料及其制备方法，通过成分设计创新和工艺创新，实现了材料在保持高强韧性的同时又具有良好的抗腐蚀性能。在成分设计方面，利用La和Ce在细化晶粒、净化晶界方面的协同效应，而非作为主强化相，严格控制其含量在0.5-2.0%之间，保证La:Ce=1:2，在“有效”和“有害”之间找到一个最佳窗口，足以发挥其有益作用(净化、细化)，又避免形成过多脆性相，同时控制Si/Mg比，确保形成均衡的Mg2Si强化，同时与稀土的作用形成互补。在工艺方面，开发了“双级复合精炼+超声处理+多级均匀化+低温挤压”的短流程工艺，目的就是为了确保精心设计的成分能够完美地转化为理想的微观组织结构。
[0006]本发明实现上述目的采用技术方案：
一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料，该铝合金中各组分质量百分比：Si：0.5-0.8%，Mg：0.8-1.2%，Cu：0.5-0.9%，Mn：0.2-0.4%，Cr：0.1-0.2%，Zn≤0.15%，Fe≤0.15%，Ti：0.05-0.12%，RE：0.5-2.0%，其余为Al和不可避免的杂质。
[0007]优选地，所述RE为La和Ce按重量比1:2组成的混合稀土。
[0008]优选地，其中单个杂质元素≤0.05%，杂质总量≤0.15%。
[0009]本发明还提供一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：以纯铝、纯镁、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝稀土中间合金为原料，其组成的质量百分比为：Si：0.5-0.8%，Mg：0.8-1.2%，Cu：0.5-0.9%，Mn：0.2-0.4%，Cr：0.1-0.2%，Zn≤0.15%，Fe≤0.15%，Ti：0.05-0.12%，RE：0.5-2.0%，其余为Al和不可避免的杂质，按配比称取原料后进行熔炼;逐渐升温至720℃，烘烤炉内水汽，将预热30分钟的原料投入炉内，升温熔化;步骤S2：第一级采用氩气与精炼剂组合对熔体进行精炼，氩气纯度为99.9%;第二级采用BF3和C2Cl6复合精炼剂对熔体进行精炼;步骤S3：对精炼后的熔体施加超声场，超声处理的频率为20-25kHz，功率为1.5-2.5kW，处理温度700-720℃，时间10-20分钟;步骤S4：将处理后的熔体进行半连续铸造，获得铸锭;步骤S5：第一级均匀化450-470℃保温8-12小时，第二级均匀化530-550℃保温4-6小时;步骤S6：将均匀化处理的铸锭在380-420℃进行挤压，挤压速度0.5-2.0m/min，挤压比(15-25):1;步骤S7：挤压后立即进行在线水雾淬火，使温度降至100℃以下;步骤S8：第一级时效100-120℃保温4-8小时，第二级时效150-170℃保温8-16小时。
[0010]优选地，步骤S1配比中所述RE为La和Ce按重量比1:2组成的混合稀土。
[0011]优选地，步骤S1配比中单个杂质元素≤0.05%，杂质总量≤0.15%。
[0012]优选地，所述步骤S2中第一级精炼剂组成为NaF和NaCl按重量比1:1混合，精炼剂加入量为熔体重量的0.15%，除气时间20分钟。
[0013]优选地，所述步骤S2中第二级精炼剂中BF3和C2Cl6的重量比为1:3，加入量为熔体重量的0.1%。
[0014]优选地，所述步骤S4中熔体在690℃进行半连续铸造。
[0015]与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1、成分设计创新：通过控制稀土元素(La和Ce)的总量在0.5-2.0%范围内，并保持La:Ce=1:2的比例，在不过度增加成本的前提下，利用稀土的微合金化作用细化晶粒、净化熔体和提高耐腐蚀性能。
[0016]2、综合性能优良：通过优化Si/Mg比例和多元合金化设计，使材料同时具备高强度、高延伸率和优良的耐腐蚀性能。相比传统7系铝合金，耐腐蚀性能显著提高;相比6系铝合金，强度明显提升。
[0017]3、工艺创新：采用双级复合精炼结合超声处理的新型熔体处理技术，显著提高熔体纯净度和均匀性;多级均匀化处理有效消除铸锭成分偏析;低温挤压结合在线淬火的短流程工艺，减少能源消耗，提高生产效率，符合绿色制造要求。
附图说明
[0018]图1：本发明实施例1所制备产品的金相组织图。
[0019]图2：对比例1所制备产品的金相组织图。
具体实施方式
[0020]实施例1
一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料，按重量百分比计，其成分为：Si：0.65%，Mg：0.9%，Cu：0.65%，Mn：0.25%，Cr：0.15%，Zn：0.08%，Fe：0.10%，Ti：0.08%，RE：1.5%(其中La：0.5%，Ce：1.0%)，其余为Al和不可避免的杂质。
[0021]制备方法包括以下步骤：
1)配料与熔炼：按上述配比称取原料，包括纯铝、纯镁、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝稀土中间合金(La:Ce=1:2)。将炉内逐渐升温至720℃，烘烤炉内水汽，将预热30分钟的原料投入炉内，升温熔化;
2)双级复合精炼：首先采用99.9%高纯氩气与NaF和NaCl按1:1混合的精炼剂进行第一次精炼，精炼剂加入量为熔体重量的0.15%，除气时间20分钟;然后采用BF3和C2Cl6按1:3组成的复合精炼剂进行二次精炼，加入量为熔体重量的0.1%;
3)超声处理：对精炼后的熔体施加超声场，频率20kHz，功率2.0kW，处理温度710℃，时间15分钟;
4)半连续铸造：将处理后的熔体在690℃进行半连续铸造，获得直径300mm的铸锭;
5)多级均匀化：将铸锭在460℃保温10小时，然后在540℃保温5小时;
6)低温挤压：将均匀化处理的铸锭在400℃进行挤压，挤压速度1.2m/min，挤压比20:1，采用导流铸锭技术改善挤压流动性;
7)在线淬火：挤压后立即进行在线水雾淬火，使温度降至80℃以下;
8)双级时效：先在110℃保温6小时，然后在160℃保温12小时。
[0022]实施例2
一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料，按重量百分比计，其成分为：Si：0.5%，Mg：1.0%，Cu：0.5%，Mn：0.3%，Cr：0.12%，Zn：0.05%，Fe：0.08%，Ti：0.1%，RE：1.8%(其中La：0.6%，Ce：1.2%)，其余为Al和不可避免的杂质。
[0023]制备方法包括以下步骤：
1)配料与熔炼：按配比称取原料，包括纯铝、纯镁、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝稀土中间合金(La:Ce=1:2)。将炉内逐渐升温至720℃，烘烤炉内水汽，将预热30分钟的原料投入炉内，升温熔化;
2)双级复合精炼：首先采用99.9%高纯氩气与NaF和NaCl按1:1混合的精炼剂进行第一次精炼，精炼剂加入量为熔体重量的0.15%，除气时间20分钟;然后采用BF3和C2Cl6按1:3组成的复合精炼剂进行二次精炼，加入量为熔体重量的0.1%;
3)超声处理：对精炼后的熔体施加超声场，频率20kHz，功率2.5kW，处理温度710℃，时间15分钟;
4)半连续铸造：将处理后的熔体在690℃进行半连续铸造，获得直径300mm的铸锭;
5)多级均匀化：将铸锭在455℃保温12小时，然后在535℃保温6小时;
6)低温挤压：将均匀化处理的铸锭在390℃进行挤压，挤压速度1.2m/min，挤压比20:1，采用导流铸锭技术改善挤压流动性;
7)在线淬火：挤压后立即进行在线水雾淬火，使温度降至80℃以下;
8)双级时效：先在110℃保温6小时，然后在160℃保温12小时。
[0024]实施例3
一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料，按重量百分比计，其成分为：Si：0.75%，Mg：0.85%，Cu：0.8%，Mn：0.2%，Cr：0.18%，Zn：0.12%，Fe：0.12%，Ti：0.06%，RE：1.2%(其中La：0.4%，Ce：0.8%)，其余为Al和不可避免的杂质。
[0025]制备方法包括以下步骤：
1)配料与熔炼：按配比称取原料，包括纯铝、纯镁、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝稀土中间合金(La:Ce=1:2)。将炉内逐渐升温至720℃，烘烤炉内水汽，将预热30分钟的原料投入炉内，升温熔化;
2)双级复合精炼：首先采用99.9%高纯氩气与NaF和NaCl按1:1混合的精炼剂进行第一次精炼，精炼剂加入量为熔体重量的0.15%，除气时间20分钟;然后采用BF3和C2Cl6按1:3组成的复合精炼剂进行二次精炼，加入量为熔体重量的0.1%;
3)超声处理：对精炼后的熔体施加超声场，频率20kHz，功率1.5kW，处理温度710℃，时间15分钟;
4)半连续铸造：将处理后的熔体在690℃进行半连续铸造，获得直径300mm的铸锭;
5)多级均匀化：将铸锭在465℃保温8小时，然后在545℃保温4小时;
6)低温挤压：将均匀化处理的铸锭在410℃进行挤压，挤压速度1.2m/min，挤压比20:1，采用导流铸锭技术改善挤压流动性;
7)在线淬火：挤压后立即进行在线水雾淬火，使温度降至80℃以下;
8)双级时效：先在110℃保温6小时，然后在160℃保温12小时。
[0026]对比例1(不加稀土元素)
一种高强韧耐腐蚀稀土铝合金材料，按重量百分比计，其成分为：Si：0.65%，Mg：0.9%，Cu：0.65%，Mn：0.25%，Cr：0.15%，Zn：0.08%，Fe：0.10%，Ti：0.08%，其余为Al和不可避免的杂质。
[0027]制备方法包括以下步骤：
1)配料与熔炼：按配比称取原料，包括纯铝、纯镁、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金。将炉内逐渐升温至720℃，烘烤炉内水汽，将预热30分钟的原料投入炉内，升温熔化;
2)双级复合精炼：首先采用99.9%高纯氩气与NaF和NaCl按1:1混合的精炼剂进行第一次精炼，精炼剂加入量为熔体重量的0.15%，除气时间20分钟;然后采用BF3和C2Cl6按1:3组成的复合精炼剂进行二次精炼，加入量为熔体重量的0.1%;
3)超声处理：对精炼后的熔体施加超声场，频率20kHz，功率2.0kW，处理温度710℃，时间15分钟;
4)半连续铸造：将处理后的熔体在690℃进行半连续铸造，获得直径300mm的铸锭;
5)多级均匀化：将铸锭在460℃保温10小时，然后在540℃保温5小时;
6)低温挤压：将均匀化处理的铸锭在400℃进行挤压，挤压速度1.2m/min，挤压比20:1，采用导流铸锭技术改善挤压流动性;
7)在线淬火：挤压后立即进行在线水雾淬火，使温度降至80℃以下;
8)双级时效：先在110℃保温6小时，然后在160℃保温12小时。
[0028]表1 各实施例的产品性能测试结果
[0029]该性能测试采用力学性能检测标准：GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法。结合表1的数据可以得到，本发明通过通过优化Si/Mg比例和多元合金化设计，使材料同时具备高强度(抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥380MPa)、高延伸率(≥12%)和优良的耐腐蚀性能(在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率≤0.8mg/cm²·day)。
[0030]同时，结合图1及图2，可以看出添加稀土元素后(图1)，晶粒得到明显的细化，晶粒尺寸明显减小，第二相也更加的均匀、细小和弥散，这些细化的组织有利于力学性能和耐腐蚀性能的提高。
说明书附图(2)
