CN106435287A - 一种镀层耐腐蚀铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体包括以下成分：Cu、Si、Fe、Cr、Mg、Mn、Zn、Ti、Li、Ni、Zr、Nb、Mo、B，其余为Al；所述陶瓷涂层的原料按重量份包括：20‑30份SiC、10‑20份Cr2O3、15‑25份NiO、12‑20份B2O3、20‑30份Al2O3。将原料进行熔炼后得到铸锭，经挤压处理与热处理得到铝合金基体，再利用等离子熔覆处理在铝合金基体表面镀上陶瓷涂层，使得到的铝合金型材具有良好的强度、硬度、韧性等力学性能，同时也具有良好的耐腐蚀性与抗蠕变性等性能，提高了其使用寿命。

Description

一种镀层耐腐蚀铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种镀层耐腐蚀铝合金型材及其制备方法。
背景技术
由于铝合金具有很多优异的物理化学性能，因此被广泛应用到国民经济的各个领域。铝合金的表面暴露在大气中时，会在其表面覆盖一层很薄的自然氧化膜，但是由于其表面的自然氧化膜很容易被腐蚀，从而大大降低了铝合金材料的使用寿命。因此，通常会对铝合金型材进行表面处理，现有的铝合金型材表面处理工艺有阳极氧化、电解着色、电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂、拉丝等，这些表面处理工艺均起到一定的耐腐蚀效果，但是随着人们对铝合金型材的性能要求的提高，现有的铝合金型材其仍难满足现有建筑材料对使用寿命的要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种镀层耐腐蚀铝合金型材及其制备方法，使得到的铝合金型材具有良好的强度、硬度、韧性等力学性能，同时也具有良好的耐腐蚀性与抗蠕变性等性能，提高了其使用寿命。
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.5-0.8％、Si：0.185-0.225％、Fe：0.4-0.6％、Cr：0.7-1％、Mg：0.6-0.85％、Mn：0.3-0.5％、Zn：0.4-0.7％、Ti：0.4-0.6％、Li：0.08-0.25％、Ni：0.15-0.45％、Zr：0.07-0.14％、Nb：0.04-0.16％、Mo：0.04-0.09％、B：0.06-0.12％，其余为Al。
具体实施方式中，Cu的质量分数还可以为0.53％、0.56％、0.62％、0.67％、0.72％、0.76％，Si的质量分数还可以为0.19％、0.198％、0.205％、0.212％、0.22％，Fe的质量分数还可以为0.44％、0.48％、0.52％、0.56％、0.58％，Cr的质量分数还可以为0.75％、0.82％、0.86％、0.88％、0.92％、0.97％，Mg的质量分数还可以为0.64％、0.68％、0.72％、0.78％、0.82％，Mn的质量分数还可以为0.33％、0.38％、0.41％、0.46％、0.485％，Zn的质量分数还可以为0.45％、0.52％、0.58％、0.64％、0.68％，Ti的质量分数还可以为0.44％、0.49％、0.52％、0.58％，Li的质量分数还可以为0.1％、0.13％、0.17％、0.21％、0.235％，Ni的质量分数还可以为0.18％、0.25％、0.32％、0.38％、0.42％，Zr的质量分数还可以为0.085％、0.1％、0.115％、0.125％、0.135％，Nb的质量分数还可以为0.065％、0.09％、0.12％、0.145％，Mo的质量分数还可以为0.05％、0.065％、0.075％、0.082％，B的质量分数还可以为0.075％、0.09％、0.105％、0.112％，其余为Al。
优选地，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末。
优选地，所述纳米陶瓷粉末的粒径为30-50nm。
优选地，所述纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：20-30份SiC、10-20份Cr2O3、15-25份NiO、12-20份B2O3、20-30份Al2O3。
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理得到挤压件，再将挤压件进行热处理后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；其中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为1.5-3.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5-8L/min，转移弧电压为30-35V，转移电流为80-110A，喷距为10-20mm，功率为1.5-2.2KW，扫描速度为2-9mm/s，等离子弧光斑直径为2-4mm，等离子熔覆层厚度为1.2-2.5mm。
优选地，在S2中，挤压模具和铸锭预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为485-520℃，预热时间为1.2-1.8h，铸锭的预热温度为530-550℃，预热时间为2.2-3.2h。
优选地，在S2中，挤压处理过程中的挤压速度为20-30m/min。
优选地，在S2中，挤压处理得到挤压件的过程中还包括将挤压处理后的铸锭空冷或水冷至30-65℃以下进行拉升矫直处理。
优选地，在S2中，热处理的具体步骤如下：将挤压件置于470-500℃下保温0.5-1h，降温至230-250℃后保温3-4h，降温至170-180℃后保温3-4h，水冷至室温后得到铝合金基体。
优选地，在S3中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为2-3L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6-7L/min，转移弧电压为31-34V，转移电流为90-100A，喷距为12-18mm，功率为1.6-2KW，扫描速度为4-7mm/s，等离子弧光斑直径为2.2-3.4mm，等离子熔覆层厚度为1.4-2.2mm。
优选地，在S3中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6.5L/min，转移弧电压为32V，转移电流为95A，喷距为15mm，功率为1.8KW，扫描速度为5.5mm/s，等离子弧光斑直径为3mm，等离子熔覆层厚度为1.8mm。
本发明中控制Cu、Mg、Zn的含量，在铝合金基体中形成弥散分布的强化相Al2Cu、Al2CuMg、MgZn2，各强化相协同作用，细化了铸态晶粒，提高铝合金型材的位错密度与再结晶温度，抑制了再结晶，提高了铝合金型材的拉伸强度、屈服强度、硬度、韧性等力学性能；Nb、B、Si、Zr、Ti、Li配合，具有良好的脱氧效果与细化晶粒的作用，避免晶间腐蚀，减少NiO、FeO在铝合金型材中的含量，降低铝合金型材的开裂敏感性，改善铝合金型材的性能，其中，Zr、Li生成强化相Al3Zr、Al2CuLi，Nb、Si与Fe配合提高铝合金型材的抗疲劳性能；Cr、Mn、Ni配合，进一步提高铝合金型材的硬度与强度；在制备过程中，对铸锭与磨具进行预热，防止在制备过程中磨具和铸锭的开裂，挤压后进行拉伸矫直，改善了铝合金型材的性能；在热处理中通过合理设置温度和时间，改善了强化相析出的大小与分布状态，提高了铝合金型材的强韧性与耐腐蚀性，随后对其进行等离子熔覆处理，在等离子熔覆处理过程中所用纳米陶瓷粉末的比表面积很大，在等离子熔覆处理过程中对激光能量吸收利用率高，通过合理设置等离子熔覆处理中的各项参数，使陶瓷涂层与铝合金基体具有较大的结合力，其中，SiC在高温下部分分解的C与Al生成细针状的枝晶Al4C3，提高陶瓷涂层与铝合金基体的结合强度，Cr2O3、NiO、B2O3、Al2O3在纳米陶瓷中混合均匀，在铝合金表面起到弥散强化和细晶强化的作用，改善熔覆层的组织结构，使铝合金型材具有良好的耐腐蚀性、耐磨性与抗蠕变性。本发明提出的镀层耐腐蚀铝合金型材，将陶瓷粉末等离子熔覆在铝合金基体表面，使得到的铝合金型材具有良好的强度、硬度、韧性等力学性能，同时也具有良好的耐腐蚀性与抗蠕变性等性能，提高了其使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.5％、Si：0.225％、Fe：0.4％、Cr：1％、Mg：0.6％、Mn：0.5％、Zn：0.4％、Ti：0.6％、Li：0.08％、Ni：0.45％、Zr：0.07％、Nb：0.16％、Mo：0.04％、B：0.12％，其余为Al。
其中，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：20份SiC、20份Cr2O3、15份NiO、20份B2O3、20份Al2O3。
本发明还提出了一种镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理得到挤压件，再将挤压件进行热处理后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；
实施例2
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.8％、Si：0.185％、Fe：0.6％、Cr：0.7％、Mg：0.85％、Mn：0.3％、Zn：0.7％、Ti：0.4％、Li：0.25％、Ni：0.15％、Zr：0.14％、Nb：0.04％、Mo：0.09％、B：0.06％，其余为Al。
其中，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：30份SiC、10份Cr2O3、25份NiO、12份B2O3、30份Al2O3。
本发明还提出了一种镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理得到挤压件，再将挤压件进行热处理后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；其中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为3.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为8L/min，转移弧电压为35V，转移电流为110A，喷距为20mm，功率为2.2KW，扫描速度为9mm/s，等离子弧光斑直径为2mm，等离子熔覆层厚度为2.5mm。
实施例3
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.66％、Si：0.203％、Fe：0.5％、Cr：0.85％、Mg：0.72％、Mn：0.41％、Zn：0.56％、Ti：0.51％、Li：0.16％、Ni：0.32％、Zr：0.09％、Nb：0.09％、Mo：0.06％、B：0.09％，其余为Al。
其中，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，其粒径为40nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：5份SiC、15份Cr2O3、20份NiO、15份B2O3、25份Al2O3。
本发明还提出了一种镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理，再将其水冷至50℃进行拉升矫直得到挤压件；其中，挤压模具的预热温度为505℃，预热时间为1.5h，铸锭的预热温度为540℃，预热时间为2.7h，挤压速度为25m/min；将挤压件置于485℃下保温0.75h，降温至240℃后保温3.5h，降温至175℃后保温3.5h，水冷至室温后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；其中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6.5L/min，转移弧电压为32V，转移电流为95A，喷距为15mm，功率为1.8KW，扫描速度为5.5mm/s，等离子弧光斑直径为3mm，等离子熔覆层厚度为1.8mm。
实施例4
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.65％、Si：0.215％、Fe：0.46％、Cr：0.95％、Mg：0.65％、Mn：0.45％、Zn：0.47％、Ti：0.56％、Li：0.12％、Ni：0.42％、Zr：0.09％、Nb：0.13％、Mo：0.05％、B：0.09％，其余为Al。
其中，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，其粒径为30nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：22份SiC、18份Cr2O3、17份NiO、18份B2O3、22份Al2O3。
本发明还提出了一种镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理，再对其空冷至65℃进行拉升矫直得到挤压件；其中，挤压模具的预热温度为500℃，预热时间为1.6h，铸锭的预热温度为535℃，预热时间为3h，挤压速度为23m/min；将挤压件置于480℃下保温0.85h，降温至235℃后保温3.7h，降温至172℃后保温3.8h，水冷至室温后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；其中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为1.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5L/min，转移弧电压为30V，转移电流为80A，喷距为10mm，功率为1.5KW，扫描速度为2mm/s，等离子弧光斑直径为4mm，等离子熔覆层厚度为1.2mm。
实施例5
本发明提出的一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.72％、Si：0.195％、Fe：0.56％、Cr：0.78％、Mg：0.75％、Mn：0.35％、Zn：0.67％、Ti：0.46％、Li：0.22％、Ni：0.22％、Zr：0.12％、Nb：0.08％、Mo：0.07％、B：0.08％，其余为Al。
其中，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，其粒径为40nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：28份SiC、12份Cr2O3、22份NiO、14份B2O3、28份Al2O3。
本发明还提出了一种镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理，再对其空冷至30℃进行拉升矫直得到挤压件；其中，挤压模具的预热温度为510℃，预热时间为1.4h，铸锭的预热温度为545℃，预热时间为2.4h，挤压速度为28m/min；将挤压件置于490℃下保温0.6h，降温至245℃后保温3.2h，降温至178℃后保温3.2h，水冷至室温后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；其中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为3L/m in，保护气体为氩气且氩气流量为7.5L/min，转移弧电压为33V，转移电流为105A，喷距为18mm，功率为1.95KW，扫描速度为7.5mm/s，等离子弧光斑直径为2.5mm，等离子熔覆层厚度为1.8mm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种镀层耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体按质量分数包括以下成分：Cu：0.5-0.8％、Si：0.185-0.225％、Fe：0.4-0.6％、Cr：0.7-1％、Mg：0.6-0.85％、Mn：0.3-0.5％、Zn：0.4-0.7％、Ti：0.4-0.6％、Li：0.08-0.25％、Ni：0.15-0.45％、Zr：0.07-0.14％、Nb：0.04-0.16％、Mo：0.04-0.09％、B：0.06-0.12％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述镀层耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末。
3.根据权利要求2所述镀层耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，所述纳米陶瓷粉末的粒径为30-50nm。
4.根据权利要求2-3中任一项所述镀层耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，所述纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：20-30份SiC、10-20份Cr2O3、15-25份NiO、12-20份B2O3、20-30份Al2O3。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，其特征在于，按照以下工艺进行制备：
S1、将原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后进行挤压处理得到挤压件，再将挤压件进行热处理后得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体水洗后进行脱脂处理，再经清洗、干燥后对其进行等离子熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述镀层耐腐蚀铝合金型材；其中，等离子熔覆处理中各项参数如下：同步送粉，离子气体流量为1.5-3.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5-8L/min，转移弧电压为30-35V，转移电流为80-110A，喷距为10-20mm，功率为1.5-2.2KW，扫描速度为2-9mm/s，等离子弧光斑直径为2-4mm，等离子熔覆层厚度为1.2-2.5mm。
6.根据权利要求5所述镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，挤压模具和铸锭预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为485-520℃，预热时间为1.2-1.8h，铸锭的预热温度为530-550℃，预热时间为2.2-3.2h。
7.根据权利要求5所述镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，挤压处理过程中的挤压速度为20-30m/min。
8.根据权利要求5所述镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，挤压处理得到挤压件的过程中还包括将挤压处理后的铸锭空冷或水冷至30-65℃进行拉升矫直处理。
9.根据权利要求5所述镀层耐腐蚀铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，热处理的具体步骤如下：将挤压件置于470-500℃下保温0.5-1h，降温至230-250℃后保温3-4h，降温至170-180℃后保温3-4h，水冷至室温后得到铝合金基体。
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