CN104789827A - 一种耐蚀铝合金型材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐蚀铝合金型材，涉及金属材料领域，所述铝合金型材组成成分按重量百分比包含：Mg：0.75-0.90；Si：0.5-0.6；Cu：0.10-0.14；Mn：0.20-0.25；Ti：0-0.1；Cr：0-0.1；Fe：0.1-0.3；Zn：0.20-0.28；余量为Al。本发明中所述铝合金型材材料，通过对合金成分进行了优化，并对生产工艺中熔炼铸造、均匀化、挤压、热处理、表层处理进行了优化，有效提升了型材的机械性能和表层膜层质量。

Description

一种耐蚀铝合金型材
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种耐蚀铝合金型材。
背景技术
推拉窗优点是简洁、美观、窗幅大、玻璃块大、视野开阔、采光率高、擦玻璃方便、使用灵活、安全可靠、使用寿命长，在一个平面内开启，占有空间少，安装纱窗方便等。目前门窗中使用最广泛的就是推拉窗，由于铝合金型材相对于其他金属型材具有质量轻、美观经济的优点，目前推拉窗主要是采用铝合金型材制作。现有技术中，铝合金型材的性能仍未达到最优，尤其是耐蚀性方面不够理想，依然需要不断进行改进。
因此，如何通过优化铝合金型材生产工艺，得到一种优异的铝合金型材，更好的满足推拉窗的使用要求是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种耐蚀铝合金型材，实现了铝合金型材生产工艺的优化，其性能优异。
本发明公开了一种耐蚀铝合金型材，其组分成分按重量百分比包括：Mg：0.75-0.90；Si：0.5-0.6；Cu：0.10-0.14；Mn：0.20-0.25；Ti：0-0.1；Cr：0-0.1；Fe：0.1-0.3；Zn：0.20-0.28；余量为Al，并按以下步骤制备：
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在1-8h内放置于145-155℃的保温炉内，并以7.5-9.5℃/h的平均速度升温至185-195℃后，空冷至室温；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为175-185g/L硫酸+10-13g/L硫酸铝，阳极氧化温度为18-22℃，阳极氧化时间为25-35min，阴极材料为纯铅板，电流为9-11mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为4.5-5.5，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为28-32min，封孔后干燥为(78-81℃)/(5.5-6.2h)。
优选地，其组成成分中，Mg与Si的质量比为(1.2-1.5):1。
优选地，在步骤S2中，将S1中完成拉伸矫直型材在1-3h内放置于148-153℃的保温炉内。
优选地，在步骤S2中，保温炉从145-155℃升至185-195℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系
本发明中，提出的耐蚀铝合金型材通过成分优化，生产工艺改进，提升了铝合金型材的综合性能，与现有技术相比，具体优点如下：
1、对合金成分进行了优化，提高了合金中Mg元素和Si元素的含量，并适当地提高了Mn元素、Cu元素和Zn元素的含量；由于Mg2Si相是Al-Mg-Si系合金中的主要强化相，其数量、尺寸和形态对合金性能的影响极大，通过提高合金中Mg元素和Si元素的含量，可以提高合金中Mg2Si相的含量，从而为最终合金强度的提升奠定基础，适量的Zn的加入有助于提高合金的最终强度，同时，少量Cu的加入，可以生成CuAl2相和Cu3Al2相，这两种相有着时效强化效果，有助于最终合金强度的提高；适量的Mn元素的加入，使铸锭经后续均匀化处理后，针状β-Al9FeSi相转变为粒状α-Al15(FeMn)3Si2弥散相，从而消除粗大针状结晶相对合金性能的有害影响，降低杂质元素Fe对材料性能的不利影响，提高合金的塑形，同时，粒状α-Al15(FeMn)3Si2弥散相质点还可以阻止合金在后续热挤压变形过程中的再结晶，并促进时效过程中Mg2Si相的析出，细化再结晶晶粒，Mn还能扩大淬火温度上限，增大合金元素的固溶度，从而提高合金综合性能；
2、对生产工艺进行了改进，通过对热处理工艺的优化，控制了Mg2Si强化相的析出过程，提升了Mg2Si强化相数量、减小了Mg2Si强化相尺寸并使得Mg2Si强化相分布形态更加合理，使得合金获得更好的机械性能，通过对表层处理工艺的优化，改善了合金表面形貌和状态，提高了表层膜层的稳定性，提升了合金的耐蚀性。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
本发明所公开的耐蚀铝合金型材，各实施例中铸锭的成分配比(重量百分比)检测结果如表1所示：
Mg Si Cu Mn Cr Ti Zn Fe Al
实施例1 0.9 0.6 0.10 0.22 0.10 0.08 0.26 0.2 余量
实施例2 0.75 0.5 0.14 0.25 0.10 0.06 0.20 0.2 余量
实施例3 0.80 0.52 0.12 0.20 0.08 0.07 0.22 0.2 余量
实施例4 0.82 0.55 0.10 0.23 0.07 0.08 0.28 0.21 余量
实施例5 0.85 0.58 0.12 0.20 0.06 0.08 0.27 0.18 余量
实施例6 0.83 0.56 0.13 0.24 0.07 0.06 0.25 0.22 余量
各实施例制备方式如下：
实施例1
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在2h内放置于145℃的保温炉内，并以7.5℃/h的平均速度升温至185℃后，空冷至室温，其中，保温炉从145℃升至185℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为175g/L硫酸+10g/L硫酸铝，阳极氧化温度为18℃，阳极氧化时间为25min，阴极材料为纯铅板，电流为9mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为4.5，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为28min，封孔后干燥为78℃/5.5h。
实施例2
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在1h内放置于155℃的保温炉内，并以9.5℃/h的平均速度升温至195℃后，空冷至室温，其中，保温炉从155℃升至195℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为185g/L硫酸+13g/L硫酸铝，阳极氧化温度为22℃，阳极氧化时间为35min，阴极材料为纯铅板，电流为11mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为5.5，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为32min，封孔后干燥为81℃/6.2h。
实施例3
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在8h内放置于150℃的保温炉内，并以8℃/h的平均速度升温至190℃后，空冷至室温，其中，保温炉从150℃升至190℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为180g/L硫酸+12g/L硫酸铝，阳极氧化温度为20℃，阳极氧化时间为30min，阴极材料为纯铅板，电流为10mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为5，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OOH)+3NH4NO3+H2O，封孔时间为30min，封孔后干燥为80℃/6h。
实施例4
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在3h内放置于148℃的保温炉内，并以7.7℃/h的平均速度升温至187℃后，空冷至室温，其中，保温炉从148℃升至187℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为178g/L硫酸+11g/L硫酸铝，阳极氧化温度为19℃，阳极氧化时间为27min，阴极材料为纯铅板，电流为10mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为4.7，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为29min，封孔后干燥为79℃/5.7h。
实施例5
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在2h内放置于152℃的保温炉内，并以9℃/h的平均速度升温至193℃后，空冷至室温，其中，保温炉从152℃升至193℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为182g/L硫酸+12g/L硫酸铝，阳极氧化温度为21℃，阳极氧化时间为33min，阴极材料为纯铅板，电流为10mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为5.3，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为31min，封孔后干燥为80℃/5.8h。
实施例6
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在4h内放置于151℃的保温炉内，并以8.3℃/h的平均速度升温至189℃后，空冷至室温，其中，保温炉从151℃升至189℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为181g/L硫酸+11g/L硫酸铝，阳极氧化温度为19℃，阳极氧化时间为31min，阴极材料为纯铅板，电流为10mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为5.1，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为29min，封孔后干燥为79℃/5.9h。
在实施例1-6中，铁元素为非添加元素，其主要来源于熔炼过程中模具使用不可避免的引入；通过对热处理工艺的优化，控制了Mg2Si强化相的析出过程，提升了Mg2Si强化相数量、减小了Mg2Si强化相尺寸并使得Mg2Si强化相分布形态更加合理，使得合金获得更好的机械性能，通过对表层处理工艺的优化，阳极氧化形成的氧化膜是由定向排列的水合氧化铝凝胶微骨架构成，采用溶胶进行封孔时，溶胶渗入氧化膜的空隙中，其中的胶粒填塞孔洞和覆盖孔口，由于溶胶中较小的颗粒可进入膜孔层内部，而由小颗粒聚集而成的大颗粒则覆盖于氧化膜表面上，形成耐蚀性较强的溶胶-凝胶涂层，小颗粒形成的凝胶层较薄，大颗粒形成的凝胶层较厚，由于溶胶中液体量大，干燥时产生收缩，紧紧附着于氧化膜的表面，提升了氧化膜的耐蚀性。
实施例1-6中，重复测试五组所述耐蚀铝合金型材的拉伸强度、落砂试验磨耗系数、滴碱试验以及延伸率，所得平均数据以及铝合金型材6063-T6阳极氧化型材的参数值列于表2中。
表2实施例1-6与典型的6063-T6阳极氧化型材机械性能参数
由上述表1中实施例1-6与典型的6063-T6阳极氧化型材拉伸强度、落砂试验磨耗系数、滴碱试验和延伸率的测试数据可知，无论单一性能还是综合性能，本发明中所述的耐蚀铝合金型材均优于典型的6063-T6阳极氧化型材，具有优异的机械性能、耐磨性和耐蚀性。

Claims (4)

1.一种耐蚀铝合金型材，其特征在于，其组分成分按重量百分比包括：Mg：0.75-0.90；Si：0.5-0.6；Cu：0.10-0.14；Mn：0.20-0.25；Ti：0-0.1；Cr：0-0.1；Fe：0.1-0.3；Zn：0.20-0.28；余量为Al；所述耐蚀铝合金型材按以下步骤制备：
S1：称取各原料进行熔炼后，进行均匀化处理，均匀化处理之后在液压机上进行挤压，并在挤压后进行拉伸矫直；
S2：热处理：将S1中完成拉伸矫直型材在1-8h内放置于145-155℃的保温炉内，并以7.5-9.5℃/h的平均速度升温至185-195℃后，空冷至室温；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为175-185g/L硫酸+10-13g/L硫酸铝，阳极氧化温度为18-22℃，阳极氧化时间为25-35min，阴极材料为纯铅板，电流为9-11mA/cm2，封孔采用溶胶封闭，溶胶的制备方法如下：将含有机磺酸盐的分散剂溶液加入Al(NO3)3溶液中，将氨水缓慢加入Al(NO3)3溶液，并在加入的过程中进行搅拌，并将PH值控制为4.5-5.5，得到溶胶，反应式为Al(NO3)3+3NH3H2O→Al(OH)3+3NH4NO3+H2O，封孔时间为28-32min，封孔后干燥为(78-81℃)/(5.5-6.2h)。
2.根据权利要求1所述的耐蚀铝合金型材，其特征在于，其组成成分中，Mg与Si的质量比为(1.2-1.5):1。
3.根据权利要求1所述的耐蚀铝合金型材，其特征在于，在步骤S2中，将S1中完成拉伸矫直型材在1-3h内放置于148-153℃℃的保温炉内。
4.根据权利要求1所述的耐蚀铝合金型材，其特征在于，在步骤S2中，保温炉从145-155℃升至185-195℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系。
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