CN102418013A - 一种含镁再生高硅变形铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含镁再生高硅变形铝合金及其制备方法，属于材料技术领域，成分按重量百分比为Si10.5~13%，Mg0.5~3%，Cu1.0~5.5%，Zn1~5.5%，La0.2~0.4%，余量为铝；制备方法按以下步骤进行：将回收的废旧铝合金清洗去除表面的杂质；将金属铝加热成熔体，将废旧铝合金压入熔体中；将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中；除气后降温，再浇注；预热处理后热轧；退火处理后降温冷轧；固溶处理后水淬处理至常温；时效处理4~24h。本发明的方法具有成本低、操作简便、产品性能好、适于工业规模生产的优点，具有良好的应用前景。

Description

一种含镁再生高硅变形铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种含镁再生高硅变形铝合金及其制备方法。

背景技术

我国电解铝产量已达世界第一，2010年我国的产量为1600万吨以上；众所周知，铝电解行业为高耗能产业，据有关资料，不计铝土矿开采的能耗，每产1吨电解铝总能耗为约8000公斤标准煤，将排放大量的二氧化碳、粉尘和固体废弃物，给环境保护带来了巨大的压力。

同时我国是铝材的消耗大国，每年有源源不断的废铝材料产生于工业生产和废旧生活垃圾；从废铝的产生行业统计，约有1/5来自于包装行业，2/5来自于运输业，1/3来自于建筑业；从回收比例统计，易拉罐回收率全球平均在50%以上；汽车报废的铝废料回收率达95%；建筑业中铝废料的回收率最高约98%；与电解铝相比，废铝再生业有着绝对的优势：节约能源、节省资源、减少污染物排放和建设投资省。

但是，多年来我国的废铝再生业只是处于我国铝材加工业的边缘地带，与发达国家相比，我国的废铝再生业发展严重滞后，并且再生铝产量占我国原铝产量的比例还比较低（约30%），而且再生铝的质量并不高，应用范围还比较小。

由于废铝再生行业巨大的经济优势和环保优势，近年来，废铝再生行业得到了各国的重视；但是如何采取行之有效的方法，将废铝实现高效再生，并且产品质量合乎标准，工艺环保达标，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种含镁再生高硅变形铝合金及其制备方法，利用废旧铝合金作为铝原料，与铝和硅等元素进行熔炼、铸造，制备成性能良好的变形铝合金。

本发明的含镁再生高硅变形铝合金的成分按重量百分比为Si10.5~13%，Mg0.5~3%，Cu 1.0~5.5%，Zn1~5.5%，La 0.2~0.4%，余量为铝。

本发明的的含镁再生高硅变形铝合金的抗拉强度为260~340MPa，延伸率δ为8~15%，硬度为90~115HV。

本发明的含镁再生高硅变形铝合金的制备方法按以下步骤进行：

1、将回收的废旧铝合金用碱液清洗，再水洗后烘干，去除表面的杂质；

2、将金属铝置于加热炉内加热至850±5℃形成熔体，然后将去除杂质的废旧铝合金用钟罩压入熔体中至全部熔化，再在780±5℃保温20~30min；废旧铝合金的加入量为金属铝总重量的90~120%；

3、将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中，在780±5℃保温20~30min；

4、向熔体中通入氩气进行除气，当氢含量达到0.1mL/100g熔体以下时，降温至720±5℃，保温10~15min，然后浇注获得铝合金铸锭，其成分按重量百分比为Si10.5~13%，Mg0.5~3%，Cu 1.0~5.5%，Zn1~5.5%，La 0.2~0.4%，余量为铝；

5、将铝合金铸锭在470±5℃保温1~3h进行预热处理，然后在450±5℃条件下轧制，压缩比为30~50%，获得热轧铝合金；

6、将热轧铝合金在320±5℃退火处理120~150min，消除内应力，然后降温至常温进行冷轧，压缩比为60~70%，获得冷轧铝合金；

7、将冷轧铝合金在480±5℃条件下固溶处理4~24h，然后水淬处理至常温；

8、将水淬后的冷轧铝合金在150±5℃条件下时效处理4~24h，制成含镁再生高硅变形铝合金。

上述的碱液为重量浓度5~10%且温度为65±5℃的氢氧化钠溶液。

上述方法中，向熔体中通入氩气时，氩气的压强为0.2~0.25MPa。

上述的废旧铝合金的材质选用6063铝合金。

本发明的含镁再生高硅变形铝合金综合性能好，耐磨性优于Al-12.6Si-0.3RE合金；本发明的方法利用废铝与金属铝混合使用制备含镁再生高硅变形铝合金，能够有效利用废铝原料，加入价格低于铝的硅，能够降低制备合金产品的成本，进一步提高经济效益，硅的加入能够提高合金产品的抗拉强度，耐磨性、硬度以及机械性能；加入的金属镁价格与铝相似，密度比铝小，在合金中与硅结合形成Mg₂Si金属间化合物，能够起到提高合金产品的抗拉强度、硬度和耐磨性的作用；加入的金属铜与铝形成Al₂Cu金属间化合物，也能够起到提高合金产品的抗拉强度、硬度和耐磨性的作用；加入的金属锌能起到提高合金产品韧性的作用，通过固溶强化和时效强化作用提高合金产品强度；用氩气精炼和加入稀土镧能够除去熔体内的氢，并对硅起到变质作用，提高合金产品的力学性能，减少合金内的夹杂和缺陷。本发明的方法具有成本低、操作简便、产品性能好、适于工业规模生产的优点，具有良好的应用前景。

具体实施方式

本发明实施例中采用的金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金的重量纯度≥99.9%，金属铝和金属硅的重量纯度≥99.3%。

本发明实施例中采用的氩气的体积纯度≥99.98%。

本发明实施例中采用的加热炉为电阻炉。

本发明实施例中碱液清洗时采用的碱液为重量浓度5~10%且温度为65±5℃的氢氧化钠溶液。

实施例1

将材质为6063铝合金的回收废旧铝合金用碱液清洗，再水洗后烘干，去除表面的杂质；

将金属铝置于加热炉内加热至850±5℃形成熔体，然后将去除杂质的废旧铝合金用钟罩压入熔体中至全部熔化，再在780±5℃保温20min；废旧铝合金的加入量为金属铝总重量的120%；

将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中，在780±5℃保温20min；

向熔体中通入压强为0.2~0.25MPa的氩气进行除气，当氢含量达到0.1mL/100g熔体以下时，降温至720±5℃，保温10min，然后浇注获得铝合金铸锭，其成分按重量百分比为Si10.5%，Mg3%，Cu 1.0%，Zn5.5%，La 0.2%，余量为铝；

将铝合金铸锭在470±5℃保温3h进行预热处理，然后在450±5℃条件下轧制，压缩比为50%，获得热轧铝合金；

将热轧铝合金在320±5℃退火处理120min，消除内应力，然后降温至常温进行冷轧，压缩比为70%，获得冷轧铝合金；

将冷轧铝合金在480±5℃条件下固溶处理8h，然后水淬处理至常温；

将水淬后的冷轧铝合金在150±5℃条件下时效处理16h，制成含镁再生高硅变形铝合金；抗拉强度为300MPa，延伸率δ为11%，硬度为95HV，经测试耐磨性优于Al-12.6Si-0.3RE合金。

实施例2

将材质为6063铝合金的回收废旧铝合金用碱液清洗，再水洗后烘干，去除表面的杂质；

将金属铝置于加热炉内加热至850±5℃形成熔体，然后将去除杂质的废旧铝合金用钟罩压入熔体中至全部熔化，再在780±5℃保温25min；废旧铝合金的加入量为金属铝总重量的110%；

将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中，在780±5℃保温25min；

向熔体中通入压强为0.2~0.25MPa的氩气进行除气，当氢含量达到0.1mL/100g熔体以下时，降温至720±5℃，保温12min，然后浇注获得铝合金铸锭，其成分按重量百分比为Si~13%，Mg0.5%，Cu5.5%，Zn1%，La 0.4%，余量为铝；

将铝合金铸锭在470±5℃保温2h进行预热处理，然后在450±5℃条件下轧制，压缩比为50%，获得热轧铝合金；

将热轧铝合金在320±5℃退火处理130min，消除内应力，然后降温至常温进行冷轧，压缩比为70%，获得冷轧铝合金；

将冷轧铝合金在480±5℃条件下固溶处理16h，然后水淬处理至常温；

将水淬后的冷轧铝合金在150±5℃条件下时效处理8h，制成含镁再生高硅变形铝合金；抗拉强度为320MPa，延伸率δ为13%，硬度为102HV，经测试耐磨性优于Al-12.6Si-0.3RE合金。

实施例3

将材质为6063铝合金的回收废旧铝合金用碱液清洗，再水洗后烘干，去除表面的杂质；

将金属铝置于加热炉内加热至850±5℃形成熔体，然后将去除杂质的废旧铝合金用钟罩压入熔体中至全部熔化，再在780±5℃保温30min；废旧铝合金的加入量为金属铝总重量的100%；

将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中，在780±5℃保温30min；

向熔体中通入压强为0.2~0.25MPa的氩气进行除气，当氢含量达到0.1mL/100g熔体以下时，降温至720±5℃，保温14min，然后浇注获得铝合金铸锭，其成分按重量百分比为Si12%，Mg1%，Cu 2%，Zn3%，La 0.3%，余量为铝；

将铝合金铸锭在470±5℃保温1.5h进行预热处理，然后在450±5℃条件下轧制，压缩比为40%，获得热轧铝合金；

将热轧铝合金在320±5℃退火处理140min，消除内应力，然后降温至常温进行冷轧，压缩比为65%，获得冷轧铝合金；

将冷轧铝合金在480±5℃条件下固溶处24h，然后水淬处理至常温；

将水淬后的冷轧铝合金在150±5℃条件下时效处理24h，制成含镁再生高硅变形铝合金；抗拉强度为260MPa，延伸率δ为8%，硬度为90HV，经测试其耐磨性优于Al-12.6Si-0.3RE合金。

实施例4

将材质为6063铝合金的回收废旧铝合金用碱液清洗，再水洗后烘干，去除表面的杂质；

将金属铝置于加热炉内加热至850±5℃形成熔体，然后将去除杂质的废旧铝合金用钟罩压入熔体中至全部熔化，再在780±5℃保温20min；废旧铝合金的加入量为金属铝总重量的90%；

将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中，在780±5℃保温20min；

向熔体中通入压强为0.2~0.25MPa的氩气进行除气，当氢含量达到0.1mL/100g熔体以下时，降温至720±5℃，保温15min，然后浇注获得铝合金铸锭，其成分按重量百分比为Si11%，Mg2%，Cu 4%，Zn3.5%，La 0.3%，余量为铝；

将铝合金铸锭在470±5℃保温1h进行预热处理，然后在450±5℃条件下轧制，压缩比为30%，获得热轧铝合金；

将热轧铝合金在320±5℃退火处理150min，消除内应力，然后降温至常温进行冷轧，压缩比为60%，获得冷轧铝合金；

将冷轧铝合金在480±5℃条件下固溶处理4h，然后水淬处理至常温；

将水淬后的冷轧铝合金在150±5℃条件下时效处理4h，制成含镁再生高硅变形铝合金；抗拉强度为340MPa，延伸率δ为15%，硬度为115HV，经测试其耐磨性优于Al-12.6Si-0.3RE合金。

Claims (5)

1.一种含镁再生高硅变形铝合金，其特征在于该合金的成分按重量百分比为Si10.5~13%，Mg0.5~3%，Cu 1.0~5.5%，Zn1~5.5%，La 0.2~0.4%，余量为铝。

2.根据权利要求1所述的一种含镁再生高硅变形铝合金，其特征在于该合金的抗拉强度为260~340MPa，延伸率δ为8~15%，硬度为90~115HV。

3.权利要求1所述的一种含镁再生高硅变形铝合金的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）将回收的废旧铝合金用碱液清洗，再水洗后烘干，去除表面的杂质；

（2）将金属铝置于加热炉内加热至850±5℃形成熔体，然后将去除杂质的废旧铝合金用钟罩压入熔体中至全部熔化，再在780±5℃保温20~30min；废旧铝合金的加入量为金属铝总重量的90~120%；

（3）将金属硅、金属铜、金属镁、金属锌和Al-10La合金加入到熔体中，在780±5℃保温20~30min；

（4）向熔体中通入氩气进行除气，当氢含量达到0.1mL/100g熔体以下时，降温至720±5℃，保温10~15min，然后浇注获得铝合金铸锭，其成分按重量百分比为Si10.5~13%，Mg0.5~3%，Cu 1.0~5.5%，Zn1~5.5%，La 0.2~0.4%，余量为铝；

（5）将铝合金铸锭在470±5℃保温1~3h进行预热处理，然后在450±5℃条件下轧制，压缩比为30~50%，获得热轧铝合金；

（6）将热轧铝合金在320±5℃退火处理120~150min，消除内应力，然后降温至常温进行冷轧，压缩比为60~70%，获得冷轧铝合金；

（7）将冷轧铝合金在480±5℃条件下固溶处理4~24h，然后水淬处理至常温；

（8）将水淬后的冷轧铝合金在150±5℃条件下时效处理4~24h，制成含镁再生高硅变形铝合金。

4.根据权利要求3所述的一种含镁再生高硅变形铝合金的制备方法，其特征在于向熔体中通入氩气时，氩气的压强为0.2~0.25MPa。

5.根据权利要求3所述的一种含镁再生高硅变形铝合金的制备方法，其特征在于所述的废旧铝合金的材质选用6063铝合金。