洁净、细晶、均质铝锂合金锭坯制备基础研究

A series of fundamental work will be carried out in the formation and control of the inclusions impurities oxides and hydrogen in typical Al-Li alloys and a series of new technologies will be developed to solve the key problems of Al-Li alloy products quality in China, the metallurgical quality of the ingots and slabs and to meet the needs of China spaceflight and aviation industry for materials of low density，high specific stiffness and high specific strength, especially，China Large Planes Program for Al-Li alloys. .The research work includes the dissolving kinetics of typical metals in liquid Al-Li alloys, the corrosion kinetics of common refractory lining in the liquid alloys, the oxidization kinetics on the liquid surface of the alloys, the hydrogen absorption kinetics in the liquid alloys and the solidification behavior in DC casting under a low frequency electromagnetic field. The study will forced on the key scientific-matters, the chemical and mechanical stability of coating at the interface of solid, liquid and gas and the rising kinetics of hydrogen/oxide complexus and escaping kinetics of hydrogen in vacuum. Based on the above work the high stable coating for eliminating inclusions, the modified oxide film by addition of some elements for inhibiting oxides, a rapid, depth hydrogen elimination method under vacuum by argon assistance and the DC casting technology under a low frequency electromagnetic field will be developed. A new melting and casting equipment will be built by these new processes to cast the ingots of Al-Li alloys with high cleanliness, fine grains and homogeneous distribution of alloying elements to improve markedly the properties of Al-Li alloys.

本项目针对我国航空、航天工业对低密度、高比强度及比刚度材料的需要，尤其是大飞机工程对铝锂合金的需要，解决我国铝锂合金产品质量不稳定、铸锭冶金质量差这一关键问题。.在铝锂合金氢、氧化物及杂质的形成及控制方面开展基础研究，开发熔体纯净化及细晶铸造新工艺，主要研究铝锂合金熔体中杂质元素的溶解动力学、常规炉衬材料的溶蚀动力学、熔体表面氧化动力学、熔体吸氢动力学及电磁场下铝锂合金的凝固行为。重点解决固、液、气三相共存界面涂层的化学与力学稳定性和氢/氧化物复合体在真空中的上浮与氢逸出动力学两个关键科学问题。开发铝锂合金熔炼炉的高稳定性涂料，抑制熔炼过程的杂质卷入，采用稀土元素对铝锂合金熔体的氧化膜改性，减少氧化吸氢，采用氩气扰动辅助的真空除氢方法，实现快速深度除氢，利用低频电磁DC铸造方法控制铸态组织。开发铝锂合金新型熔铸系统，制备洁净、均质、细晶的高品位铝锂合金锭坯，显著提高典型铝锂合金的性能。

本项目针对我国铝锂合金生产的现状和问题，系统研究了铝锂合金熔炼、净化和DC铸造时的基础问题。首先研究了熔体中钢、不锈钢、钛合金及几种典型耐火材料的溶蚀行为，建立了钢、不锈钢、钛合金在铝锂合金中的溶蚀动力学；考察了涂料的力学和化学稳定性，不同纯度氩气保护下不同温度铝锂合金熔体的氧化行为，建立了氧化动力学；考察了微量 Y、Gd、Er 稀土元素，对典型铝锂合金氧化行为的影响；研究了真空和氩气联合作用下的除氢除渣效果；建立了铝锂合金熔铸系统，开发了铝锂合金电磁连铸新技术，研究了电磁场作用下的铝锂合金溶质场与凝固行为，制备出洁净、均质、细晶的铝锂合金铸锭。研究了3种典型铝锂合金电磁连铸、加工、热处理后的合金性能。.课题的重要成果是：.建立了电磁场作用下铝锂合金凝固理论，开发了铝锂合金电磁连铸新技术：.在DC铸造时施加方波磁场，显著细化铝锂合金微观组织，降低了铸锭氢含量和夹渣，改善合金元素的微观和宏观偏析，显著降低晶界共晶相，促进合金元素晶内高度固溶，使加工、热处理后的强化相细小、弥散、数量增加。因此，合金性能显著提高。为铝锂合金组织控制和性能提高开拓了新方法，为铝锂合金的发展提供了高效、经济的DC铸造新技术。.开发了氩气扰动下真空净化铝锂合金熔体净化新技术:.研究了真空下施加微量氩气后熔体的流场，氧化物夹渣的上浮运动，脱氢的速度，开发了铝锂合金深度净化方法。为我国铝锂合金的发展提供了高效、经济的净化方法。.建立了不锈钢在铝锂合金液中的溶蚀动力学，开发了不锈钢坩埚防护涂料:.研制了以不锈钢为坩埚的小型熔炼炉。详细考察了不锈钢在铝锂合金熔体中的溶蚀动行为，建立了溶蚀动力学。并且开发出两种熔炼铝锂合金不锈钢坩埚专用的防护涂料，通过热震和溶蚀实验，确定了涂料的力学和化学稳定性。为我国铝锂合金的发展提供了高效、经济的熔炼新技术。