CN105132765A - 一种阳极氧化铝合金型材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳极氧化铝合金型材，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
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种阳极氧化铝合金型材。
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，阳极氧化铝合金型材的性能仍未达到最优，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，提供了一种阳极氧化铝合金型材，实现了铝合金型材生产工艺的优化，其性能优异。
本发明公开了一种阳极氧化铝合金型材，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：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至90-120℃并保温0.5-1h后，升温至180-220℃并保温0.5-1h后，升温至295-315℃并保温0.5-1h后，升温至380-410℃并保温0.5-1h后，升温至450-480℃，挤压模放置于450-500℃的保温炉中保温4-8h进行加热，铸锭放置于450-520℃的保温炉中保温1-2h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为1-3％，挤压速率为8-40m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.3-3.7μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为(50±0.45)g/L硫酸+(10±0.3)g/L已二酸，阳极氧化温度为(25±1)℃，阳极氧化时间为19-21min，电压为(15±1)V，阴极材料为纯铅板，电流为(0.6±0.04)A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
优选地，其组成成分中，Mg与Si的质量比为(1.2-1.5):1。
本发明中，提出的阳极氧化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，通过对挤压工艺的优化，进一步提升了合金的成品率，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。
本发明所公开的阳极氧化铝合金型材，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：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至90℃并保温0.6h后，升温至195℃并保温0.7h后，升温至300℃并保温0.9h后，升温至385℃并保温0.6h后，升温至475℃，挤压模放置于490℃的保温炉中保温7h进行加热，铸锭放置于460℃的保温炉中保温1h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为3％，挤压速率为35m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.5μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为50g/L硫酸+10g/L已二酸，阳极氧化温度为24℃，阳极氧化时间为21min，电压为15V，阴极材料为纯铅板，电流为0.6A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例2
S1：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至120℃并保温0.8h后，升温至210℃并保温0.6h后，升温至310℃并保温1h后，升温至390℃并保温0.8h后，升温至470℃，挤压模放置于480℃的保温炉中保温7h进行加热，铸锭放置于510℃的保温炉中保温2h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为1％，挤压速率为15m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.6μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为50.1g/L硫酸+10.2g/L已二酸，阳极氧化温度为26℃，阳极氧化时间为19min，电压为14V，阴极材料为纯铅板，电流为0.62A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例3
S1：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至95℃并保温0.5h后，升温至195℃并保温0.8h后，升温至305℃并保温0.6h后，升温至405℃并保温0.7h后，升温至470℃，挤压模放置于460℃的保温炉中保温5h进行加热，铸锭放置于450℃的保温炉中保温1.5h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为2.5％，挤压速率为40m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.5μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为49.7g/L硫酸+9.7g/L已二酸，阳极氧化温度为26℃，阳极氧化时间为21min，电压为16V，阴极材料为纯铅板，电流为0.61A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例4
S1：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至100℃并保温1h后，升温至180℃并保温0.9h后，升温至302℃并保温0.6h后，升温至405℃并保温0.8h后，升温至475℃，挤压模放置于480℃的保温炉中保温7h进行加热，铸锭放置于520℃的保温炉中保温1h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为2.8％，挤压速率为8m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.45μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为50.45g/L硫酸+10.3g/L已二酸，阳极氧化温度为26℃，阳极氧化时间为19min，电压为14V，阴极材料为纯铅板，电流为0.56A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例5
S1：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至100℃并保温0.5h后，升温至220℃并保温0.6h后，升温至298℃并保温0.5h后，升温至400℃并保温0.5h后，升温至475℃，挤压模放置于480℃的保温炉中保温7h进行加热，铸锭放置于470℃的保温炉中保温2h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为1.5％，挤压速率为24m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.3μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为49.55g/L硫酸+10.3g/L已二酸，阳极氧化温度为24℃，阳极氧化时间为20min，电压为14V，阴极材料为纯铅板，电流为0.64A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例6
S1：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至100℃并保温1h后，升温至200℃并保温1h后，升温至300℃并保温0.5h后，升温至400℃并保温0.5h后，升温至470℃，挤压模放置于500℃的保温炉中保温7h进行加热，铸锭放置于510℃的保温炉中保温2h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为2.5％，挤压速率为35m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.5μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为50g/L硫酸+10g/L已二酸，阳极氧化温度为25℃，阳极氧化时间为20min，电压为(15±1)V，阴极材料为纯铅板，电流为0.6A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
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；挤压过程中，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，有利于合金挤压过程中进行变形，对挤压筒进行断续加热，可以使得挤压筒升温更加均匀，挤压过程，随着合金的变形，平行于挤压方向上，晶粒被拉长，晶粒尺寸得到细化；通过对表层处理工艺的优化，阳极氧化过程中，电流容易在铝合金第二相颗粒处集中，导致第二相颗粒优先溶解，形成孔洞缺陷，造成氧化膜结构的不均匀，而且由于电流集中，局部热量积累，造成周围氧化膜过度溶解而成为氧化膜中最薄弱的区域，己二酸的加入能与Al3+发生反应生产不溶物Al2(C6H8O4)3，吸附在第二相颗粒附近，从而减少缺陷区域的产生，同时降低阳极氧化溶液中硫酸浓度使得电流密度更小，有利于氧化膜具有更高的致密度，同时，己二酸的加入由于能有效抑制合金相的快速溶解，减少了孔洞缺陷，从而减少了导致疲劳断裂的裂纹源，从而有利于型材的疲劳寿命。
实施例1-6中，重复测试五组所述阳极氧化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，本发明中所述的阳极氧化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 (2)
1.一种阳极氧化铝合金型材，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，并按以下步骤制备：
S1：称取各原料进行熔铸，得到铸锭；
S2：挤压：将S1中得到的铸锭均匀化后，车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直后，进行热处理，挤压筒加热方式为：升温至90-120℃并保温0.5-1h后，升温至180-220℃并保温0.5-1h后，升温至295-315℃并保温0.5-1h后，升温至380-410℃并保温0.5-1h后，升温至450-480℃，挤压模放置于450-500℃的保温炉中保温4-8h进行加热，铸锭放置于450-520℃的保温炉中保温1-2h进行加热，其中，拉伸矫直的变形量为1-3％，挤压速率为8-40m/min；
S3：表层处理：将S2中完成的热处理的型材按照表面打磨→脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→纯净水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理形成3.3-3.7μm的氧化膜，其中，阳极氧化溶液组成为(50±0.45)g/L硫酸+(10±0.3)g/L已二酸，阳极氧化温度为(25±1)℃，阳极氧化时间为19-21min，电压为(15±1)V，阴极材料为纯铅板，电流为(0.6±0.04)A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
2.根据权利要求1所述的阳极氧化铝合金型材，其特征在于，其组成成分中，Mg与Si的质量比为(1.2-1.5):1。
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