CN101298644A - 一种高性能电泳铝合金建筑型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能电泳建筑铝合金型材及其制备方法，属铝合金应用技术领域。该型材质量百分比成分为0.5～0.54％Mg、0.4～0.44％Si、0.04～0.08％RE、0.01～0.02％Ti、0.002～0.004％B、0～0.2％Fe，余量为铝。该型材制备方法是先将混合稀土锭、AlTiB合金、纯铝锭熔炼成稀土铝钛硼精炼变质剂。在合金熔炼过程中加入该精炼变质剂铸成铝棒，经挤压时效、氧化电泳等工艺制得高性能电泳型材。由于利用稀土元素细化第二相粒子，改善了表面处理性能而获得的型材电泳漆膜比普通型材具有更高的均匀性、附着力、耐磨性、耐蚀性和膜厚，可广泛用于建筑铝合金门窗和幕墙。

Description

一种高性能电泳铝合金建筑型材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金建筑型材及制备方法，具体的说是一种高性能电泳铝合金型材及其制备方法。
背景技术：
稀土在铝合金型材中的应用非常广泛，研究很多。专利公开号为CN1332259A公开了一种挤压型材用稀土铝合金棒，是使铝合金在熔炼670～800℃，加入混合稀土合金含量0.05～0.35％。这种稀土铝合金棒，经挤压，可制成各种用于装饰件和结构件的型材，这种型材耐腐蚀性能好，焊接性能比普通铝合金型材好，并进一步改善了型材的机械强度，可广泛用于各种结构件。专利公开号为CN1171453A公布了一种稀土代替铝-镁-硅变形铝合金的均匀化处理方法，该发明在铝合金中加入稀土Ce，使生产工艺简化，节省了高温下进行均匀化处理的生产环节，从而不仅节约能源、设备和占地，而且提高了产品的性能指标。专利公开号为CN1456697A公开了一种改进型6063铝合金材料，该材料是在原6063铝合金中添加0.11～0.2％(重量)的混合稀土La和Ce。该应用结果表明，在铝合金中添加适量稀土可以改善机械、物理及工艺性能，在半导体和空调机及冷凝蒸发器器件使用该材料制作的散热器，有良好的可挤压性和导电导热性能。目前对稀土在铝型材中的应用研究主要集中在对铝型材机械性能、加工性能、导电导热性能和耐腐蚀性能方面，对稀土在建筑铝合金型材电泳涂漆方面的应用还没有研究。并且近年来，随着我国国民经济的快速发展，建筑市场进一步保持良好的发展势头。电泳涂漆铝合金建筑型材因其具备高耐蚀、耐侯、装饰性能等优点，在铝型材行业中得到了充分的发展。但是电泳铝型材技术含量高，对铝合金基体材料要求严，在生产过程中常常因为基体铝合金中含有的粗大第二相杂质造成电泳漆膜不均匀、膜厚不够、附着力小、硬度、耐磨性和耐蚀性不够等缺陷。本发明研究旨在通过添加微量稀土改善铝合金型材基体组织，制备高性能的建筑电泳铝合金型材。
发明内容：
为解决在生产过程中常因基体铝合金中含有的粗大第二相杂质造成电泳漆膜不均匀、膜厚不够、附着力小、硬度、耐磨性和耐蚀性不够等问题，本发明提供了一种高性能的电泳铝合金建筑型材及其制备方法，该型材电泳漆膜比普通型材具有更高的均匀性、附着力、硬度、耐磨性、耐蚀性和膜厚。
本发明是这样实现的：
一种高性能电泳建筑铝合金型材，其质量百分比成分为0.5～0.54％Mg、0.4～0.44％Si、0.04～0.08％RE、0.01～0.02％Ti、0.002～0.004％B、0～0.2％Fe，余量为铝。其中稀土RE和Ti、B是通过混合稀土锭、AlTiB合金、纯铝锭熔炼制成块状稀土铝钛硼精炼变质剂在铝合金熔炼浇铸过程中加入的。该精炼变质剂的具体质量百分比成分为14～17％La、2～5％Pr、1～3％Ce、1～3％Ti、0.2～0.6％B余量为铝，熔炼温度900～1000℃。
一种高性能电泳建筑铝合金型材的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
a、将混合稀土锭、AlTiB合金和纯铝锭在电阻式坩锅炉中进行熔炼，精炼，除气除渣，搅拌均匀浇铸成块状精炼变质剂，其具体质量百分比成分为14～17％La、2～5％Pr、1～3％Ce、1～3％Ti、0.2～0.6％B余量为铝。
b、在平顶热铸造节能炉中熔炼型材铝合金，加入Mg、Si等合金元素，浇铸前加入块状精炼变质剂，确保合金质量百分比成分为0.5～0.54％Mg、0.4～0.44％Si、0.04～0.08％RE、0.01～0.02％Ti、0.002～0.004％B、0～0.2％Fe，余量为铝，熔炼温度900～1000℃。
c、熔液连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时在430～450℃热挤压成铝合金型材。
d、通过阳极氧化(H2SO4130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min)，电泳涂漆(电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min)等工序制得高性能电泳铝合金建筑型材。
其中步骤a中的块状精炼变质剂每块质量为0.2～0.3kg。
在普通的铝合金型材中存在着大量的板条状β-AlFeSi化合物，如附图1所示。这些化合物从数微米到数十微米不等，其电极电位与铝不同，严重影响氧化和电泳涂漆的均匀性和连续性，降低膜层的附着力、耐磨性和耐蚀性。稀土元素La，Pr，Ce等元素，在其原子电子层中有一层没有排满电子的4f内层，正是由于这个不饱和电子层的存在，使RE元素具有独特的特性，在化学反应中表现出典型的金属性质，其属性仅次于碱金属和碱土金属，具有很高的化学活性，反应中极易失去2～3个电子。合金加入稀土元素后，稀土与合金中的Si、Fe等元素反应生成细小的化合物，如附图2所示，经EDS能镨分析这些化合物为AlFeSiRE化合物，见附图3，同时消除了板条状粗大的β-AlFeSi化合物。这些细小的稀土化合物富集在晶界表面形成网状分布，阻碍晶界上晶粒长大，合金组织细化。同时消除了合金表面富集的粗大化合物，合金表面光亮度提高，材质光滑平整，接受极化能力提高，有利于氧化膜和漆膜的生成。
附图说明
图1普通型材中粗大的β-AlFeSi化合物，
图2添加稀土后形成的细小的稀土化合物，
图3细小稀土化合物EDS能谱分析图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
首先将混合稀土锭、AlTiB合金和纯铝锭在电阻式坩锅炉中进行熔炼，然后精炼，除气除渣，搅拌均匀浇铸成0.25kg的块状精炼变质剂，其具体质量百分比成分为14～17％La、2～5％Pr、1～3％Ce、1～3％Ti、0.2～0.6％B，余量为铝。然后在平顶热铸造节能炉中熔炼型材铝合金，加入Mg、Si等合金元素，浇铸前加入块状精炼变质剂，确保合金质量百分比成分为0.5～0.54％Mg、0.4～0.44％Si、0.04～0.08％RE、0.01～0.02％Ti、0.002～0.004％B、Fe≤0.2％余量为铝，熔炼温度900～1000℃。熔液连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时在430～450℃热挤压成铝合金型材，风冷淬火后在200℃时效2小时。然后通过阳极氧化(H2SO4130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min)，电泳涂漆(电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min)等工序制得高性能电泳铝合金建筑型材。膜厚采用ED3000涡流测膜仪测量，附着力采用WS-2000涂层附着力自动划痕仪测量，耐磨性采用落沙法实验测量，硬度采用铅笔实验测量，耐蚀性采用盐酸酸雾法测量，微观形貌采用奥林巴斯金相显微镜观察，第二相成分分析采用EDS能谱分析。
由附图1可见，在普通的铝合金型材中存在着大量的板条状β-AlFeSi化合物。这些化合物从数微米到数十微米不等，其电极电位与铝不同，严重影响氧化和电泳涂漆的均匀性和连续性，降低膜层的附着力、耐磨性和耐蚀性。稀土元素La，Pr，Ce等元素，在其原子电子层中有一层没有排满电子的4f内层，正是由于这个不饱和电子层的存在，使RE元素具有独特的特性，在化学反应中表现出典型的金属性质，其属性仅次于碱金属和碱土金属，具有很高的化学活性，反应中极易失去2～3个电子。合金加入稀土元素后，由附图2、3所示，稀土与合金中的Si、Fe等元素反应生成细小的化合物，经EDS能镨分析这些化合物为AlFeSiRE化合物，同时消除了板条状粗大的β-AlFeSi化合物。这些细小的稀土化合物富集在晶界表面形成网状分布，阻碍晶界上晶粒长大，合金组织细化。同时消除了合金表面富集的粗大化合物，合金表面光亮度提高，材质光滑平整，接受极化能力提高，有利于氧化膜和漆膜的生成。
具体实施例说明如下：
实施例1：合金熔炼过程中通过添加块状稀土铝钛硼精炼变质剂加入稀土元素0.04％，连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时在430～450℃热挤压成铝合金型材。然后通过阳极氧化(H2SO4130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min)，电泳涂漆(电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min)等工序制得电泳铝合金建筑型材。合金的组分及质量百分比为：0.50％Mg-0.43％Si-0.04％RE-0.016％Ti-0.0029％B-0.20％Fe。
实施例2：合金熔炼过程中通过添加块状稀土铝钛硼精炼变质剂加入稀土元素0.06％，连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时在430～450℃热挤压成铝合金型材。然后通过阳极氧化(H2SO4130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min)，电泳涂漆(电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min)等工序制得电泳铝合金建筑型材。合金的组分及质量百分比为：0.53％Mg-0.41％Si-0.06％RE-0.012％Ti-0.0027％B-0.17％Fe。
实施例3：合金熔炼过程中通过添加块状稀土铝钛硼精炼变质剂加入稀土元素0.08％，连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时在430～450℃热挤压成铝合金型材，风冷淬火后在200℃时效2小时。然后通过阳极氧化(H2SO4130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min)，电泳涂漆(电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min)等工序制得电泳铝合金建筑型材。合金的组分及质量百分比为：0.51％Mg-0.43％Si-0.08％RE-0.019％Ti-0.0035％B-0.13％Fe。
对比例：合金通过熔炼连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时在430～450℃热挤压成铝合金型材，风冷淬火后在200℃时效2小时。然后通过阳极氧化(H2SO4130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min)，电泳涂漆(电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min)等工序制得电泳铝合金建筑型材。合金的组分及质量百分比为：0.54％Mg-0.40％Si-0.014％Ti-0.0031％B-0.15％Fe。
添加稀土铝钛硼精炼变质剂的电泳铝合金型材性能明显高于对比例，如表1所示。
表1实施例与对比例型材电泳漆膜性能对比表
  型材   最大膜厚(μm)   最小膜厚(μm)   平均膜厚(μm)   耐蚀性(级)   耐磨性(g)   硬度(H)   附着力(N)
  实施例1   25   26   26   10   3700   5   28.32
  实施例2   27   27   27   10   3800   5   30.15
  实施例3   24   24   24   10   3500   4   27.57
  对比例   20   23   21   9.8   3100   3   20.77

Claims (6)

1、一种高性能电泳铝合金建筑型材，其特征在于：质量百分比成分为0.5～0.54％Mg、0.4～0.44％Si、0.04～0.08％RE、0.01～0.02％Ti、0.002～0.004％B、0～0.2％Fe，余量为铝。
2、一种高性能电泳建筑铝合金型材的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
a、将混合稀土锭、AlTiB合金和纯铝锭在电阻式坩锅炉中进行熔炼，精炼，除气除渣，搅拌均匀浇铸成块状精炼变质剂；
b、在平顶热铸造节能炉中熔炼型材铝合金，加入Mg、Si、Fe等合金元素，浇铸前加入块状精炼变质剂，确保合金质量百分比成分为0.5～0.54％Mg、0.4～0.44％Si、0.04～0.08％RE、0.01～0.02％Ti、0.002～0.004％B、0～0.2％Fe，余量为铝，熔炼温度900～1000℃；
c、熔液连续浇铸成棒状铸锭，经560℃均匀化6小时，再通过430～450℃热挤压成铝合金型材；
d、通过阳极氧化，电泳涂漆工序制得高性能电泳铝合金建筑型材。
3、根据权利要求2所述的一种高性能电泳建筑铝合金型材的制备方法，其特征在于：所述的块状精炼变质剂的质量百分比成分为14～17％La、2～5％Pr、1～3％Ce、1～3％Ti、0.2～0.6％B，余量为铝。
4、根据权利要求3所述的一种高性能电泳建筑铝合金型材的制备方法，其特征在于：所述的块状精炼变质剂每块质量为0.2～0.3kg。
5、根据权利要求2所述的一种高性能电泳建筑铝合金型材的制备方法，其特征在于：所述的阳极氧化条件为H2SO4 130～200g/L，Al3+≤30g/L，温度：18～25℃，电流密度：100～250A/m2，氧化电压：12～18V，氧化时间≤10min。
6、根据权利要求2所述的一种高性能电泳建筑铝合金型材的制备方法，其特征在于：所述的电泳涂漆条件为：电压100～180V，电流200～800A，时间1～3min，烘烤180±5℃，恒温30min。
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