CN107675032A - 一种耐腐蚀铝合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀铝合金材料，属于铝合金材料制备技术领域，所述的耐腐蚀铝合金材料，包括以下原料：铝、氧化钇、氧化镨、铜、铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬、氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2‑甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂。所述耐腐蚀铝合金材料是经过熔炼、精炼、铸造、压模矫直等步骤制得的。本发明耐腐蚀铝合金材料硬度高，抗氧化性能和耐腐蚀性能强。

Description

一种耐腐蚀铝合金材料

【技术领域】

本发明属于铝合金材料制备技术领域，具体涉及一种耐腐蚀铝合金材料。

【背景技术】

铝合金是纯铝的延伸产品，纯铝的密度小(ρ＝2.7g/m3)，大约是铁的1/3，且熔点低，约为660℃左右，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性(δ:32-40％，ψ:70-90％)，因此其易于加工，可制成各种型材、板材，且抗腐蚀性能好。但是纯铝的强度很低，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。在纯铝中添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，这样使得其“比强度”(强度与比重的比值σb/ρ)胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机电产品、机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机，汽车的发动机、曲轴箱等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50％以上。

由于产品性能要求不断升高，现有的铝合金材料其配方和工艺不是很合理，获得的铝合金材料无法获得理想的性能，在使用的过程中存在耐腐蚀性欠佳的问题，而缩短了铝合金制品的使用寿命。因此，探索一种中强度耐腐蚀铝合金的配方，并配合优化其制备方法，从而获得性能更加优良的铝合金材料已经成为目前亟需解决的技术问题。

中国专利申请文献“一种耐腐蚀铝合金(公开号：CN105925857A)”公开了一种耐腐蚀铝合金，按重量百分比计由以下成分制成：氧化钇和氧化镨0.28％、硅1.43％、铜1.2％、铁0.41％、钴和铍0.86％、镁0.45％、钛和锶和硫0.032％、锌0.12％、铬0.02％，其余为铝。该发明铝合金中添加了固定配比的钛、锶、硫元素，有效提高了铝合金的强度和韧性，且在铝合金中添加的固定配比的钴和铍元素后，加入后能使铸品产生良好的晶粒细化，有效克服铸造裂纹，改善铸件外观，改善表面质量。但是存在着耐腐蚀性能相对较差的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种耐腐蚀铝合金材料，以解决如何在中国专利申请文献“一种耐腐蚀铝合金(公开号：CN105925857A)”公开的铝合金配方基础上，优化铝合金组分和方法，提高铝合金耐腐蚀等性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种耐腐蚀铝合金材料，包括以下原料：铝、氧化钇、氧化镨、铜、铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬、氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂；

所述氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯的重量比为(10-22):(1-2.2):(1.6-8):(0.8-2.4)；

所述对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂的重量比为(1.8-6.2):(1.5-4.2):(1.7-3.2)。

本发明具有以下有益效果：

(1)由实施例2和对比例1-6的数据可见，实施例2制得的铝合金材料的硬度大，耐腐蚀性能强，显著优于对比例6(现有技术)制得的铝合金材料的硬度、耐腐蚀性能。从实施例2的数据中可以看出，在氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯的组合下产生了协同作用，显著提高了铝合金材料的硬度、耐腐蚀性能，这可能氮化硅是一种超硬物质，耐磨损，抗冷热冲击，并且具有润滑性；石墨烯具有良好的导电、导热性、防腐蚀性能，而氮化硅、石墨烯在磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯成分的调节下，铝合金材料的耐腐蚀性能不仅得到提升，而且硬度也显著得到增大。

(2)由实施例3和对比例7-10的数据可见，实施例3制得的铝合金材料的抗氧化性能良好，并且在对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂的组合下产生了协同作用，显著提升了铝合金材料的抗氧化性能，这可能是对羟基苯磺酸、701粉增强剂在硬脂酸钡作用下，使得铝合金材分子间更加紧密，从而提高了铝合金材料的抗氧化能力。

【具体实施方式】

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

在实施例中，所述耐腐蚀铝合金材料，以重量份为单位，包括以下原料：铝200-320份、氧化钇6-12份、氧化镨2-5份、铜3-7份、铁4-8份、钴10-16份、铍2-4份、镁8-13份、钛5-10份、锶4-7份、锌12-18份、铬3-6份、氮化硅10-22份、石墨烯1-2.2份、磷酸三钾1.6-8份、2-甲基丙烯酸乙酯0.8-2.4份、对羟基苯磺酸1.8-6.2份、硬脂酸钡1.5-4.2份、701粉增强剂1.7-3.2份；

所述的耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：将准备好的材料做清洗处理后采用铸造铝合金熔炼方法熔炼，先将铝、氧化钇、氧化镨、铜、氮化硅进行熔化，熔化后搅拌均匀后加入铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬，待化清后注入石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂在磁场强度为6000-7200GS、超声波功率为400-600W、温度为62-78℃、转速为200-300r/min的条件下恒温熔炼制得恒温熔炼40-75min制得铝合金粗熔液；

S2、精炼：在温度达到740-790℃时将铝合金粗熔液进行精炼处理：打净炉中铝合金粗熔液表面的浮渣，将在温度为74-92℃、常压条件下烘烤15-30min烘烤好的精炼Al-Sr-RE复合细化剂撒在铝合金粗熔液表面，在超声波功率为400-600W、搅拌转速为200-300r/min条件下精炼22-32min，精炼Al-Sr-RE复合细化剂︰铝的比例为2-5:100，直至液面不再冒泡，制得铝合金精炼熔液；

S3、铸造：在室温条件下将制得铝合金精炼熔液静置9-12h，再以12-25℃/分钟速率升温至420-540℃，保温1.5-2.5h，制得铝合金锭；

S4、压模矫直：将制得的铝合金锭放入在压强为65-90MPa、420-500℃恒温保温16-32min条件下的压模模具中挤压成形，重复挤压2-3次后脱模制得铝合金板，冷却至常温后在220-300℃、常压条件下进行1.5-3.5h的矫直处理，取出经矫直处理得铝合金板，在空气中正常冷却至室温，制得耐腐蚀铝合金材料。

下面通过更具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

一种耐腐蚀铝合金材料，以重量份为单位，包括以下原料：铝212份、氧化钇7.2份、氧化镨2份、铜3份、铁4份、钴10份、铍2份、镁8份、钛5份、锶4份、锌12份、铬3份、氮化硅12份、石墨烯1份、磷酸三钾1.8份、2-甲基丙烯酸乙酯1份、对羟基苯磺酸1.8份、硬脂酸钡1.5份、701粉增强剂1.7份；

所述的耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：将准备好的材料做清洗处理后采用铸造铝合金熔炼方法熔炼，先将铝、氧化钇、氧化镨、铜、氮化硅进行熔化，熔化后搅拌均匀后加入铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬，待化清后注入石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂在磁场强度为6000GS、超声波功率为400W、温度为62℃、转速为300r/min的条件下恒温熔炼制得恒温熔炼75min制得铝合金粗熔液；

S2、精炼：在温度达到740℃时将铝合金粗熔液进行精炼处理：打净炉中铝合金粗熔液表面的浮渣，将在温度为74℃、常压条件下烘烤30min烘烤好的精炼Al-Sr-RE复合细化剂撒在铝合金粗熔液表面，在超声波功率为400W、搅拌转速为200r/min条件下精炼32min，精炼Al-Sr-RE复合细化剂︰铝的比例为2：100，直至液面不再冒泡，制得铝合金精炼熔液；

S3、铸造：在室温条件下将制得铝合金精炼熔液静置9h，再以12℃/分钟速率升温至420-℃，保温2.5h，制得铝合金锭；

S4、压模矫直：将制得的铝合金锭放入在压强为65MPa、420℃恒温保温32min条件下的压模模具中挤压成形，重复挤压2次后脱模制得铝合金板，冷却至常温后在220℃、常压条件下进行3.5h的矫直处理，取出经矫直处理得铝合金板，在空气中正常冷却至室温，制得耐腐蚀铝合金材料。

实施例2

一种耐腐蚀铝合金材料，以重量份为单位，包括以下原料：铝285份、氧化钇10份、氧化镨4份、铜5份、铁6份、钴14份、铍3份、镁12份、钛8份、锶6份、锌16份、铬5份、氮化硅18份、石墨烯1.5份、磷酸三钾5份、2-甲基丙烯酸乙酯1.8份、对羟基苯磺酸4.2份、硬脂酸钡3份、701粉增强剂2.6份；

所述的耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：将准备好的材料做清洗处理后采用铸造铝合金熔炼方法熔炼，先将铝、氧化钇、氧化镨、铜、氮化硅进行熔化，熔化后搅拌均匀后加入铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬，待化清后注入石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂在磁场强度为6500GS、超声波功率为500W、温度为75℃、转速为250r/min的条件下恒温熔炼制得恒温熔炼60min制得铝合金粗熔液；

S2、精炼：在温度达到760℃时将铝合金粗熔液进行精炼处理：打净炉中铝合金粗熔液表面的浮渣，将在温度为85℃、常压条件下烘烤25min烘烤好的精炼Al-Sr-RE复合细化剂撒在铝合金粗熔液表面，在超声波功率为50W、搅拌转速为250r/min条件下精炼28min，精炼Al-Sr-RE复合细化剂︰铝的比例为4:100，直至液面不再冒泡，制得铝合金精炼熔液；

S3、铸造：在室温条件下将制得铝合金精炼熔液静置10h，再以20℃/分钟速率升温至480℃，保温2h，制得铝合金锭；

S4、压模矫直：将制得的铝合金锭放入在压强为85MPa、460℃恒温保温25min条件下的压模模具中挤压成形，重复挤压2次后脱模制得铝合金板，冷却至常温后在280℃、常压条件下进行2.5h的矫直处理，取出经矫直处理得铝合金板，在空气中正常冷却至室温，制得耐腐蚀铝合金材料。

实施例3

一种耐腐蚀铝合金材料，以重量份为单位，包括以下原料：铝325份、氧化钇12份、氧化镨5份、铜7份、铁8份、钴16份、铍4份、镁13份、钛10份、锶7份、锌18份、铬6份、氮化硅22份、石墨烯2.2份、磷酸三钾8份、2-甲基丙烯酸乙酯2.4份、对羟基苯磺酸6.2份、硬脂酸钡4.2份、701粉增强剂3.2份；

所述的耐腐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：将准备好的材料做清洗处理后采用铸造铝合金熔炼方法熔炼，先将铝、氧化钇、氧化镨、铜、氮化硅进行熔化，熔化后搅拌均匀后加入铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬，待化清后注入石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂在磁场强度为7200GS、超声波功率为600W、温度为78℃、转速为300r/min的条件下恒温熔炼制得恒温熔炼40min制得铝合金粗熔液；

S2、精炼：在温度达到790℃时将铝合金粗熔液进行精炼处理：打净炉中铝合金粗熔液表面的浮渣，将在温度为92℃、常压条件下烘烤15min烘烤好的精炼Al-Sr-RE复合细化剂撒在铝合金粗熔液表面，在超声波功率为600W、搅拌转速为300r/min条件下精炼22min，精炼Al-Sr-RE复合细化剂︰铝的比例为5:100，直至液面不再冒泡，制得铝合金精炼熔液；

S3、铸造：在室温条件下将制得铝合金精炼熔液静置12h，再以25℃/分钟速率升温至540℃，保温1.5h，制得铝合金锭；

S4、压模矫直：将制得的铝合金锭放入在压强为90MPa、500℃恒温保温16min条件下的压模模具中挤压成形，重复挤压3次后脱模制得铝合金板，冷却至常温后在300℃、常压条件下进行1.5h的矫直处理，取出经矫直处理得铝合金板，在空气中正常冷却至室温，制得耐腐蚀铝合金材料。

对比例1

与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯。

对比例2

与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少氮化硅。

对比例3

与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少石墨烯。

对比例4

与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少磷酸三钾。

对比例5

与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少2-甲基丙烯酸乙酯。

对比例6

采用中国专利申请文献“一种耐腐蚀铝合金(公开号：CN105925857A)”实施例的工艺制备铝合金。

测量实施例2和对比例1-6的铝合金材料的硬度、耐腐蚀性能强，结果见下表：

由实施例2和对比例1-6的数据可见，实施例2制得的铝合金材料的硬度大，耐腐蚀性能强，显著优于对比例6(现有技术)制得的铝合金材料的硬度、耐腐蚀性能。从实施例2的数据中可以看出，在氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯的组合下产生了协同作用，显著提高了铝合金材料的硬度、耐腐蚀性能，这可能氮化硅是一种超硬物质，耐磨损，抗冷热冲击，并且具有润滑性；石墨烯具有良好的导电、导热性、防腐蚀性能，而氮化硅、石墨烯在磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯成分的调节下，铝合金材料的耐腐蚀性能不仅得到提升，而且硬度也显著得到增大。

对比例7

与实施例3的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂。

对比例8

与实施例3的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少对羟基苯磺酸。

对比例9

与实施例3的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少硬脂酸钡。

对比例10

与实施例3的制备方法基本相同，唯有不同的是制备铝合金材料的原料中缺少701粉增强剂。

测量实施例3和对比例7-10的铝合金材料的抗氧化性能，结果见下表：

由实施例3和对比例6-10的数据可见，实施例3制得的铝合金材料的抗氧化性能良好，显著优于对比例6(现有技术)制得的铝合金材料的抗氧化性能良。从实施例3的数据中可以看出，在对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂的组合下产生了协同作用，显著提升了铝合金材料的抗氧化性能，这可能是对羟基苯磺酸、701粉增强剂在硬脂酸钡作用下，使得铝合金材分子间更加紧密，从而提高了铝合金材料的抗氧化能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种耐腐蚀铝合金材料，其特征在于，包括以下原料：铝、氧化钇、氧化镨、铜、铁、钴、铍、镁、钛、锶、锌、铬、氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯、对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂；

所述氮化硅、石墨烯、磷酸三钾、2-甲基丙烯酸乙酯的重量比为(10-22):(1-2.2):(1.6-8):(0.8-2.4)；

所述对羟基苯磺酸、硬脂酸钡、701粉增强剂的重量比为(1.8-6.2):(1.5-4.2):(1.7-3.2)。