【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋁合金制造，具體涉及一種同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金及其制備方法。
技術介紹
1、al-cu合金是典型的沉淀強化型鋁合金，其強化主要依賴于時效過程中形成的高數量密度且長厚比高的θ'-al2cu相。然而，當環境溫度大于200°c時，θ'-al2cu相會發生奧斯特瓦爾德熟化，使其數密度和長厚比顯著降低，強化效果減弱，從而導致合金性能明顯下降，嚴重制約了al-cu合金在高溫環境中的應用。
2、目前，提高al-cu合金高溫性能的方法主要可歸為兩種：1）向合金中引入大體積分數的熱穩定第二相，如al2o3，tic，tib2等陶瓷相和al3sc,?al3zr,?al3ce等三鋁化合物，這些第二相在高溫熱暴露過程中不會發生粗化和溶解，可替代原有穩定性不佳的θ'-al2cu相提高al-cu合金的高溫穩定性；2）引入在al基體中擴散較慢的元素，如sc，zr，mn等，并使其偏析至θ'-al2cu/α-al界面處，從而降低θ'-al2cu相界面能，減弱奧斯特瓦爾德熟化的主要驅動力，起到減小θ'-al2cu粗化速率，提高其自身熱穩定性的效果。然而，引入的第二相只有在較大的體積分數下才可以起到有效的強化效果，其中陶瓷相由于與al基體錯配度較高而不可避免的會降低合金自身的塑性；三鋁化合物的析出和sc，zr，mn等元素在θ'-al2cu相表面的偏析則往往需要較高的處理溫度（>250°c），而al-cu合金的峰值時效溫度較低（<200°c），這會引起熱穩定化處理溫度與al-cu合金自身時效強化溫度的不匹配，在提高合
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金及其制備方法，以解決現有技術中al-cu合金難以同時滿足室溫性能和高溫性能的問題。
2、為達到上述目的，本專利技術采用以下技術方案予以實現：
3、一種同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金，以質量分數計，包括3~7%的cu，0.3~0.6%的x，0.25~0.6%的z，0.1~0.4%的q，余量為al元素；所述x為cr、mn，或cr和mn；所述z為sc、zr，或sc和zr；q為sn、cd或in。
4、本專利技術的進一步改進在于：
5、優選的，以質量分數計包括：4.7%的cu，0.4%的cr，0.3%的zr，0.2%的cd，余量為al。
6、一種上述的同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金的制備方法，包括以下步驟：
7、步驟1，稱量并混合原料，將原料置于熔煉爐中熔煉；所述原料包括al合金塊、cu合金、x合金、q合金以及z合金；
8、步驟2，將熔融合金凝固后，獲得凝固件；
9、步驟3，將凝固件依次通過固溶、水冷、時效和水冷后，獲得al-cu合金。
10、優選的，步驟1中，所述al合金塊的純度≥99.99%，所述cu合金末、x合金、q合金以及z合金的純度均≥99%。
11、優選的，步驟1中，所述cu合金、x合金、q合金以及z合金均為粉末；cu合金粉末的粒度為70~180μm，所述x合金粉末、q合金粉末以及z合金粉末的粒度均為110~180?μm。
12、優選的，步驟1中，加熱過程分為三個階段。
13、優選的，第一階段加熱溫度為700-750℃，靜置時間為0.5~1h，第二階段加熱溫度為700~800°c，靜置時間為1~2?h。
14、優選的，第三階段加熱溫度為700~800°c，靜置時間為1~2?h。
15、優選的，步驟3中，固溶溫度為530~540°，固溶時間為2~5?h。
16、優選的，時效溫度為170~180°c，時效時間為8~12h。
17、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
18、本專利技術提供了一種同時提高al-cu合金室-高溫性能的微合金化方法，該方法，通過引入z（z=sc或/和zr）元素，在凝固過程中形成al3z異質核心，實現晶粒細化；通過引入q（q=sn、cd或in）元素，在時效階段促進cu-q-空位團簇的形成，增強θ'-al2cu相的析出，優化其尺寸、分布均勻性及析出數密度。這一設計有效提升了合金的室溫性能，并顯著增強了熱暴露初期的高溫性能。此外，q元素在時效過程中進一步促進x-cu-空位團簇的形成，提高x元素在θ'-al2cu相中的富集程度，并通過溶質配分效應在θ'-al2cu粗化過程中提升其高溫穩定性。在熱暴露后期，x和z分別擴散并富集至θ'-al2cu相的共格與半共格界面，降低界面能并抑制粗化驅動力，形成“序貫熱穩定化”效應。該創新性微合金化策略旨在同步提升al-cu合金的室溫和高溫力學性能，通過顯著改善其在不同溫度條件下的強度和穩定性，進一步拓寬al-cu合金在航空航天等領域的應用潛力。
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1.一種同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金，其特征在于，以質量分數計，包括3~7%的Cu，0.3~0.6%的X，0.25~0.6%的Z，0.1~0.4%的Q，余量為Al元素；所述X為Cr、Mn，或Cr和Mn；所述Z為Sc、Zr，或Sc和Zr；Q為Sn、Cd或In。
2.根據權利要求1所述的一種同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金，其特征在于，以質量分數計包括：4.7%的Cu，0.4%的Cr，0.3%的Zr，0.2%的Cd，余量為Al。
3.一種權利要求1所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述Al合金塊的純度≥99.99%，所述Cu合金末、X合金、Q合金以及Z合金的純度均≥99%。
5.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述Cu合金、X合金、Q合金以及Z合金均為粉末；Cu合金粉末的粒度為70~180μm，所述X合金粉末、Q合金粉
6.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，步驟1中，加熱過程分為三個階段。
7.根據權利要求6所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，第一階段加熱溫度為700-750℃，靜置時間為0.5~1h，第二階段加熱溫度為700~800°C，靜置時間為1~2?h。
8.根據權利要求6所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，第三階段加熱溫度為700~800°C，靜置時間為1~2?h。
9.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，步驟3中，固溶溫度為530~540°，固溶時間為2~5?h。
10.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的Al-Cu合金的制備方法，其特征在于，時效溫度為170~180°C，時效時間為8~12h。
...【技術特征摘要】
1.一種同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金，其特征在于，以質量分數計，包括3~7%的cu，0.3~0.6%的x，0.25~0.6%的z，0.1~0.4%的q，余量為al元素；所述x為cr、mn，或cr和mn；所述z為sc、zr，或sc和zr；q為sn、cd或in。
2.根據權利要求1所述的一種同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金，其特征在于，以質量分數計包括：4.7%的cu，0.4%的cr，0.3%的zr，0.2%的cd，余量為al。
3.一種權利要求1所述的同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述al合金塊的純度≥99.99%，所述cu合金末、x合金、q合金以及z合金的純度均≥99%。
5.根據權利要求3所述的同時提升室溫-高溫性能的al-cu合金的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述cu合金、x合金、q合金以及z合金均為粉末；c...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王振男，鹿旭飛，車仕龍，林鑫，楊海歐，劉建睿，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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