CN106435302A - 一种耐腐蚀耐高温铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀耐高温铝合金型材及其制备方法，该铝合金型材包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金基体的原料包括：Cu、Si、Fe、Cr、Mg、Mn、Zn、Ti、Li、Ni、Zr、Nb、Mo、Ca，其余为Al；所述陶瓷涂层的原料按重量份包括：20‑30份TiC、10‑20份Cr2O3、15‑25份BN、12‑20份B2O3、20‑30份Al2O3。利用激光熔覆处理技术将陶瓷粉末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与耐高温等性能，增加其使用寿命。

Description

一种耐腐蚀耐高温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，尤其涉及一种耐腐蚀耐高温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耐腐蚀性及耐高温性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，本发明提出了一种耐腐蚀耐高温铝合金型材及其制备方法，该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与耐高温等性能，增加其使用寿命。
本发明提出的一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.45-0.7％、Si：0.16-0.21％、Fe：0.28-0.5％、Cr：0.5-0.8％、Mg：0.85-1.1％、Mn：0.3-0.5％、Zn：0.3-0.6％、Ti：0.2-0.45％、Li：0.08-0.25％、Ni：0.1-0.4％、Zr：0.08-0.17％、Nb：0.02-0.12％、Mo：0.04-0.09％、Ca：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0.49％、0.52％、0.56％、0.62％、0.66％，Si的质量分数还可以为0.17％、0.185％、0.195％、0.202％，Fe的质量分数还可以为0.3％、0.33％、0.38％、0.42％、0.47％，Cr的质量分数还可以为0.54％、0.58％、0.62％、0.69％、0.75％，Mg的质量分数还可以为0.92％、0.98％、1.02％、1.06％，Mn的质量分数还可以为0.35％、0.42％、0.46％、0.485％，Zn的质量分数还可以为0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％，Ti的质量分数还可以为0.25％、0.3％、0.35％、0.4％，Li的质量分数还可以为0.1％、0.13％、0.18％、0.22％，Ni的质量分数还可以为0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％，Zr的质量分数还可以为0.1％、0.13％、0.16％，Nb的质量分数还可以为0.05％、0.07％、0.09％、0.11％，Mo的质量分数还可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％，Ca的质量分数还可以为0.08％、0.1％、0.11％，其余为Al。
优选地，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，其粒径为45-65nm。
优选地，所述陶瓷涂层的原料按重量份包括：20-30份TiC、10-20份Cr2O3、15-25份BN、12-20份B2O3、20-30份Al2O3。
本发明还提出了一种耐腐蚀耐高温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处理后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后冷却至室温后再对其进行热处理，得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，经干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3-5mm，扫描速度为2-4mm/s，功率为1.4-1.9KW，熔覆层厚度为0.4-0.9mm。
优选地，在S2中，预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为480-510℃，预热时间为1-1.5h，铸锭的预热温度为540-560℃，预热时间为2-3h。
优选地，在S2中，将挤压件冷却至室温的方式为水冷、油冷或空冷中的一种。
优选地，在S2中，热处理具体过程如下：将挤压件置于460-490℃下保温0.7-1.2h，再降温至220-240℃，保温3-4h，然后降温至150-165℃，保温2.5-4h，水冷至室温后得到铝合金基体。
优选地，在S3中，预置后的干燥处理温度为125-140℃。
优选地，在S3中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3.5-4.5mm，扫描速度为2.5-3.5mm/s，功率为1.45-1.8KW，熔覆层厚度为0.5-0.8mm。
本发明中通过控制Al、Cu、Mg、Zn的含量，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、Ca、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、强度与耐腐蚀性；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，提高了铝合金型材的强韧性与耐腐蚀性，随后对其进行激光熔覆处理，所用纳米陶瓷粉末具有较大的比表面积，对激光能量吸收利用率高，在激光熔覆过程中，通过合理设置功率、扫描速度、光斑直径与熔覆层厚度，使TiC在高温下部分分解为Ti与C，C与Al生成细针状的枝晶Al4C3，同时Ti具有脱氧效果和细化晶粒作用，避免晶间腐蚀，提高了陶瓷涂层的耐腐蚀性能及与铝合金基体的结合强度，Cr2O3、B2O3、Al2O3配合，弥散分布在熔融铝合金表面微细亚晶粒之间，并一起构成胞状树枝晶结构，且纳米级的Cr2O3、B2O3、Al2O3在铝合金表面还起到弥散强化和细晶强化的作用，改善熔覆层的组织结构，使其具有良好的强度、硬度及抗冲击性能，纳米陶瓷粉末中的TiC、Cr2O3、BN、B2O3、Al2O3通过彼此配合，起到固溶强化作用，提高了铝合金型材的力学性能、耐腐蚀性、耐磨性及耐高温性，同时陶瓷涂层与铝合金基体具有较大的结合强度，不易磨损脱落。本发明提出的耐腐蚀耐高温铝合金型材，将陶瓷粉末激光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与耐高温等性能，增加其使用寿命。
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
本发明提出的一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.45％、Si：0.21％、Fe：0.28％、Cr：0.8％、Mg：0.85％、Mn：0.5％、Zn：0.3％、Ti：0.45％、Li：0.08％、Ni：0.4％、Zr：0.08％、Nb：0.12％、Mo：0.04％、Ca：0.12％，其余为Al。
其中，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，其原料按重量份包括：20份TiC、20份Cr2O3、15份BN、20份B2O3、20份Al2O3。
本发明还提出了一种耐腐蚀耐高温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处理后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后冷却至室温后再对其进行热处理，得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，经干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3mm，扫描速度为2mm/s，功率为1.4KW，熔覆层厚度为0.9mm。
实施例2
本发明提出的一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.7％、Si：0.16％、Fe：0.5％、Cr：0.5％、Mg：1.1％、Mn：0.3％、Zn：0.6％、Ti：0.2％、Li：0.25％、Ni：0.1％、Zr：0.17％、Nb：0.02％、Mo：0.09％、Ca：0.06％，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45nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：30份TiC、10份Cr2O3、25份BN、12份B2O3、30份Al2O3。
本发明还提出了一种耐腐蚀耐高温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处理后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后冷却至室温后再对其进行热处理，得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，经干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为5mm，扫描速度为4mm/s，功率为1.9KW，熔覆层厚度为0.4mm。
实施例3
本发明提出的一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.58％、Si：0.19％、Fe：0.41％、Cr：0.66％、Mg：0.95％、Mn：0.42％、Zn：0.44％、Ti：0.32％、Li：0.15％、Ni：0.27％、Zr：0.12％、Nb：0.08％、Mo：0.07％、Ca：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55nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：25份TiC：、15份Cr2O3：、20份BN：、16份B2O3、25份Al2O3。
本发明还提出了一种耐腐蚀耐高温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处理，其中，预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为490℃，预热时间为1.25h，铸锭的预热温度为550℃，预热时间为2.5h；然后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后空冷至室温，再将挤压件置于480℃下保温1h，再降温至230℃，保温3.5h，然后降温至160℃，保温3.5h，水冷至室温后得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，在132℃下干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为4.5mm，扫描速度为2.4mm/s，功率为1.7KW，熔覆层厚度为0.6mm。
实施例4
本发明提出的一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.55％、Si：0.202％、Fe：0.34％、Cr：0.72％、Mg：0.92％、Mn：0.46％、Zn：0.35％、Ti：0.4％、Li：0.12％、Ni：0.35％、Zr：0.11％、Nb：0.09％、Mo：0.05％、Ca：0.11％，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65nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：22份TiC、18份Cr2O3、18份BN、18份B2O3、22份Al2O3。
本发明还提出了一种耐腐蚀耐高温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处理，其中，预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为480℃，预热时间为1.5h，铸锭的预热温度为540℃，预热时间为3h；然后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后水冷至室温，再将挤压件置于460℃下保温1.2h，再降温至220℃，保温4h，然后降温至150℃，保温4h，水冷至室温后得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，在125℃下干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3.5mm，扫描速度为2.5mm/s，功率为1.45KW，熔覆层厚度为0.5mm。
实施例5
本发明提出的一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.65％、Si：0.175％、Fe：0.45％、Cr：0.62％、Mg：0.1％、Mn：0.35％、Zn：0.56％、Ti：0.25％、Li：0.22％、Ni：0.15％、Zr：0.12％、Nb：0.07％、Mo：0.08％、Ca：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60nm，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：28份TiC、14份Cr2O3、22份BN、14份B2O3、27份Al2O3。
本发明还提出了一种耐腐蚀耐高温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处理，其中，预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为510℃，预热时间为1h，铸锭的预热温度为560℃，预热时间为2h；然后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后空冷至室温，再将挤压件置于490℃下保温0.7h，再降温至240℃，保温3h，然后降温至165℃，保温2.5h，油冷至室温后得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，在140℃下干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为4.5mm，扫描速度为3.5mm/s，功率为1.75KW，熔覆层厚度为0.8mm。
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)

1.一种耐腐蚀耐高温铝合金型材，其特征在于，其包括铝合金基体和陶瓷涂层，所述铝合金按质量分数包括以下成分：Cu：0.45-0.7％、Si：0.16-0.21％、Fe：0.28-0.5％、Cr：0.5-0.8％、Mg：0.85-1.1％、Mn：0.3-0.5％、Zn：0.3-0.6％、Ti：0.2-0.45％、Li：0.08-0.25％、Ni：0.1-0.4％、Zr：0.08-0.17％、Nb：0.02-0.12％、Mo：0.04-0.09％、Ca：0.06-0.12％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述耐腐蚀耐高温铝合金型材，其特征在于，所述陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，其粒径为45-65nm。
3.根据权利要求2所述耐腐蚀耐高温铝合金型材，其特征在于，所述陶瓷涂层的原料按重量份包括：20-30份TiC、10-20份Cr2O3、15-25份BN、12-20份B2O3、20-30份Al2O3。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述耐腐蚀耐高温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处理后对铸锭进行挤压处理，再经拉伸矫直后得到挤压件，然后冷却至室温后再对其进行热处理，得到铝合金基体；
S3、将纳米陶瓷粉末与粘结剂混合后制成糊状，预置在经清洗、干燥后的铝合金基体表面，经干燥处理后进行激光熔覆处理，得到陶瓷涂层，再经自然时效处理得到所述耐腐蚀耐高温铝合金型材；其中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3-5mm，扫描速度为2-4mm/s，功率为1.4-1.9KW，熔覆层厚度为0.4-0.9mm。
5.根据权利要求4所述耐腐蚀耐高温铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，预热处理的工艺参数为：挤压模具的预热温度为480-510℃，预热时间为1-1.5h，铸锭的预热温度为540-560℃，预热时间为2-3h。
6.根据权利要求4所述耐腐蚀耐高温铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，将挤压件冷却至室温的方式为水冷、油冷或空冷中的一种。
7.根据权利要求4所述耐腐蚀耐高温铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S2中，热处理具体过程如下：将挤压件置于460-490℃下保温0.7-1.2h，再降温至220-240℃，保温3-4h，然后降温至150-165℃，保温2.5-4h，水冷至室温后得到铝合金基体。
8.根据权利要求4所述耐腐蚀耐高温铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S3中，预置后的干燥处理温度为125-140℃。
9.根据权利要求4所述耐腐蚀耐高温铝合金型材的制备方法，其特征在于，在S3中，激光熔覆处理中各项参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3.5-4.5mm，扫描速度为2.5-3.5mm/s，功率为1.45-1.8KW，熔覆层厚度为0.5-0.8mm。
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