含钪和铈的铝铜锂锆基合金及其制备方法

Al-Cu-Li-Zr基合金具有密度低、比强度和比模量高等特点，是一种具有广阔应用前景的轻质航天航空用高性能铝合金结构材料。如果用其代替目前广泛使用的普通铝合金，可大幅度地减轻航天飞行器、导弹、运载火箭和飞机的自重，提高运载效率，从而获得显著的经济和社会效益。其典型合金包括美国的2090、2197、，俄罗斯的1450和法国的CP276等，但这些合金塑韧性较低，焊接性能差甚至不可焊，限制了其在实际中的广泛使用。
在Al-Cu-Li-Zr基合金中，加入微量的钪，通过钪与锆复合微合金化来改善合金的性能。合金中添加微量的Sc可与铝形成LI2型共格Al3Sc粒子，初生Al3Sc粒子在合金凝固时可成为固溶体非均质成核的核心，能显著细化合金的晶粒，从而达到细晶强化效果；次生Al3Sc质点在合金热变形和热处理过程中强烈钉扎位错和亚晶界，抑制合金的再结晶，起到亚结构强化和弥散析出强化作用。当Sc和Zr同时加入时，还会形成极细的三元共格复合相Al3（Sc，Zr），该相能更大程度地保持抑制再结晶效应和弥散强化效应。此外，在Al-Cu-Li-Zr-Sc合金中还添加了少量的Ce，Ce的加入，一方面减少了合金中杂质引起的晶界弱化，起到净化晶界的作用；另一方面微量Ce可降低锂在基体中的扩散速度，抑制晶界附近锂等溶质的贫化，从而使晶界无析出带宽度减少，有助于抑制Al-Li合金的共面滑移，从而提高了合金的塑性。与现有技术相比，该技术的特点在于：采用Sc与Zr、Ce等元素复合微合金化可使Al-Cu-Li基合金的强度和塑性同时得到提高，从而使合金具有明显的强化作用和增塑效应；此外含钪铝锂合金的焊接性能也得到了大大的改善。本成果已申请国家发明专利。

单位名称：中南大学

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文章分类：新型材料（最新）

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