CN109202068B - 一种耐腐蚀支撑板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀支撑板，属于金属材料领域，支撑板由如下质量百分比的材料组成：氧化铝粉：11‑13％、Si粉：1‑3％、炭黑：0.1‑5％、Se粉：0.1‑0.5％、Lu粉：0.02‑0.06％、余量为刚玉。特定的加入较高含量的复合炭黑，在冶炼过程中，大部分的碳元素会与氧结合而逸散，这就控制了铝合金中的碳含量不会过高，避免了因碳含量过大而变脆，并通过前处理、混料、成型等工艺制成，提升了合金的表面强度、硬度和耐蚀性。

Description

一种耐腐蚀支撑板

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀支撑板，属于金属材料领域。

背景技术

日常生活中或工业生产中，常常需要用到不同型号的器件，这就需要使用支撑板来进行支持，而部分器件需要长期稳定的进行作业，这就需要支撑板更好的支撑作用。

因此，支撑板的性能很大程度上决定了不同器件的稳定性。目前，在常见的支撑板中，采用钢制支撑板来支撑，但是钢本身容易受到腐蚀，寿命较短，所以又会对钢支撑板表面进行电镀保护，而电镀又会造成环境污染，得不偿失，我们采用了铝合金材质制备支撑板，在保证强度的同时又有较强的抗性。

铝合金是指以铝为基础，加入一定量的锰、硅等添加元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。铝合金兼具高强度、高硬度和重量轻的有点，适合用作结构材料。除了铝合金添加元素会影响性能外，铝合金的加工工艺同样会造成影响，而传统的合金采用压铸成型，机加工车削等工艺，缺点是由于压铸件的公差精度很难达到技术要求，须机加工来保证产品的尺寸。

针对传统合金硬度低，不耐磨等缺点，公开号103667832A专利公开了一种铝合金管材，提高了产品产品力学性能等。然而，该专利铝合金的材质与工艺均是较为常规的，在合金性能的提升上较为有限。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供高强度、高硬度、耐腐蚀的支撑板。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐腐蚀支撑板，所述的支撑板由如下质量百分比的材料组成：氧化铝粉：11-13％、Si粉：1-3％、炭黑：0.1-5％、Se粉：0.1-0.5％、Lu粉：0.02-0.06％、余量为刚玉。

本发明在铝合金原料的选择上较为简单，同时又严格控制其含量，以便于更好的发挥合金的性能。首先，本发明的铝合金原料中并不仅仅采用金属或非金属单质进行配备，而是选用了金属氧化物和刚玉，两者简单易得，能大幅度降低生产成本，同时氧化铝的含量可以较大(因为在后续制备过程中，其析出的铝也会作为合金的主体材质)。此时，为配合较大含量的金属氧化物顺利脱去氧元素，特定的加入了较高含量的炭黑，在后续的冶炼过程中，大部分的碳元素会与氧结合而逸散，这就控制了铝合金中的碳含量不会过高(实际保持在低碳铝范围)，避免了因碳含量过大而变脆。而硒粉本身就具有较强的吸氧性质，在冶金过程中，也能结合部分氧而形成共溶体，扩大相形成的数量，这在合金的表现上体现为高强度。采用相对分子质量更大的稀土元素Lu而不是Ce，主要是利用其沉降强化效果，使得合金具有更好的硬度又不失韧性。

作为优选，所述炭黑包括粒径为40-60nm、120-400nm、500-800nm的炭黑中的一种或多种。

进一步优选，所述炭黑为复合炭黑，由上述不同粒径的炭黑按1:1:1组成。

炭黑的粒径大小不一样，产生的作用也有所区别，较小粒度的炭黑有利于合金材料的致密化和有效发挥炭黑对热应力的吸收作用，降低热冲击对材料结构的破坏，较大粒度的炭黑有利于合金材料在高温下形成长径比更大的碳化硅晶须，从而提高合金的力学性能，本发明将两者相结合，提高了合金的强度和抗热震性。

作为优选，所述氧化铝粉的粒度为0.01-3μm。氧化铝粉的粒度控制在较小的范围，可以增加其表面活性，成为活化氧化铝粉，不仅在混料时更易与其他材料结合，也更易在加热后进行反应。

作为优选，所述刚玉加工成多种粒度，粒度为3-6mm的占刚玉总量28-32％、粒度为0.5-1.5mm的占刚玉总量20-24％、粒度为100-400微米占刚玉总量14-18％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。作为合金的主要材质——刚玉，本身的形态会对后续制备产生较大影响，破碎成粒度不同的刚玉颗粒，在混合后会产生一个层次感，能最大限度的利用不同粉之间的空间，形成更紧密的整体，减小成型后的结构空隙，提升产品的强度。

本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：

一种耐腐蚀支撑板的制备方法，包括如下步骤：

(1)前处理：按上述材料进行称取，先将炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

(2)混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合12-14min得混合粉2，再将刚玉破碎成粒度不同的粉料并混合，同时缓慢加入粘合剂混合3-5min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混，并进行预压处理得支撑板坯件；

(3)成型：先将支撑板坯件固化处理，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中烧结成型得支撑板成品。

本发明通过将不同原始材料间的分步混料，以最大限度地达到粉料间的充分混合，这种深度混料的工艺能提升烧制时形成的不同强化相，且相与相之间的叠合程度较高，即增强了合金结构的紧密程度，凸显出较高的强度。至于成型前先用碳粉包裹，既能隔绝微量氧化性气体可能对合金造成损害，又能进一步增加合金的表面碳含量，相当于渗碳处理，提升了合金的表面强度、硬度和耐蚀性。

作为优选，步骤(2)所述粘合剂包括液态环氧树脂、液态酚醛树脂中的一种或两种。采用相对分子质量较小的树脂，可以在常温下呈液态，这有利于不同粒度的刚玉之间减小缝隙，排出缝隙中的空气，同时加强彼此之间的联系。

作为优选，步骤(2)所述共混的时间为14-16h，预压处理得压强为170-200MPa。共混的时间较一般混合的时间更长，长时间的共混会产生一定的热量和摩擦，这就促进了不同粉末之间的预化合反应，这有利于部分预化合的物质在烧制时形成强化相。

作为优选，步骤(3)所述固化处理得温度为180-200℃，固化时间为16-20h。固化处理实质是一种热处理，能预先消除混合、预压后形成的残余应力。

作为优选，步骤(3)所述烧结处理具体为：分别在740-760℃、880-920℃、1250-1350℃下保温1-2h。三次不同温度的烧结，且温度一次比一次高，能极大地减少粉末冶金成型时，产品的缝隙，避免产品在使用时易破损的缺点。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明选用了金属氧化物和刚玉，两者简单易得，能大幅度降低生产成本。

(2)本发明特定的加入了较高含量的炭黑，在后续的冶炼过程中，大部分的碳元素会与氧结合而逸散，控制了铝合金中的碳含量不会过高，避免了因碳含量过大而变脆。

(3)本发明在成型前先用碳粉包裹，既能隔绝微量氧化性气体可能对合金造成损害，又能进一步增加合金的表面碳含量，相当于渗碳处理，提升了合金的表面强度、硬度和耐蚀性。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：12％、Si粉：2％、炭黑：3％、Se粉：0.3％、Lu粉：0.04％、余量为刚玉，其中炭黑为粒径50nm、300nm、600nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为1.8μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为5mm的占刚玉总量30％、粒度为1mm的占刚玉总量22％、粒度为270微米占刚玉总量16％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合13min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入环氧树脂混合4min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混15h，并在180MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在190℃下固化处理18h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在750℃、900℃、1300℃下保温1.5h烧结得支撑板成品。

实施例2

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：11％、Si粉：1％、炭黑：0.1％、Se粉：0.1％、Lu粉：0.02％、余量为刚玉，其中炭黑包括粒径为40nm、120nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为0.01μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为3mm的占刚玉总量28％、粒度为0.5mm的占刚玉总量20％、粒度为100微米占刚玉总量14％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合13min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入环氧树脂混合4min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混15h，并在180MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在190℃下固化处理18h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在750℃、900℃、1300℃下保温1.5h烧结得支撑板成品。

实施例3

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：13％、Si粉：3％、炭黑：5％、Se粉：0.5％、Lu粉：0.06％、余量为刚玉，其中炭黑包括粒径为60nm、800nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为3μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为6mm的占刚玉总量32％、粒度为1.5mm的占刚玉总量24％、粒度为400微米占刚玉总量18％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合13min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入环氧树脂混合4min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混15h，并在180MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在190℃下固化处理18h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在750℃、900℃、1300℃下保温1.5h烧结得支撑板成品。

实施例4

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：12％、Si粉：2％、炭黑：3％、Se粉：0.3％、Lu粉：0.04％、余量为刚玉，其中炭黑为粒径50nm、300nm、600nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为1.8μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为5mm的占刚玉总量30％、粒度为1mm的占刚玉总量22％、粒度为270微米占刚玉总量16％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合12min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入液态酚醛树脂混合3min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混14h，并在170MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在190℃下固化处理18h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在750℃、900℃、1300℃下保温1.5h烧结得支撑板成品。

实施例5

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：12％、Si粉：2％、炭黑：3％、Se粉：0.3％、Lu粉：0.04％、余量为刚玉，其中炭黑为粒径50nm、300nm、600nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为1.8μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为5mm的占刚玉总量30％、粒度为1mm的占刚玉总量22％、粒度为270微米占刚玉总量16％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合14min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入环氧树脂混合5min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混16h，并在170-200MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在190℃下固化处理18h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在750℃、900℃、1300℃下保温1.5h烧结得支撑板成品。

实施例6

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：12％、Si粉：2％、炭黑：3％、Se粉：0.3％、Lu粉：0.04％、余量为刚玉，其中炭黑为粒径50nm、300nm、600nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为1.8μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为5mm的占刚玉总量30％、粒度为1mm的占刚玉总量22％、粒度为270微米占刚玉总量16％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合13min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入环氧树脂混合4min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混15h，并在180MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在180℃下固化处理16h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在740℃、880℃、1250℃下保温1h烧结得支撑板成品。

实施例7

配料：按上述质量百分比的原料进行称取，氧化铝粉：12％、Si粉：2％、炭黑：3％、Se粉：0.3％、Lu粉：0.04％、余量为刚玉，其中炭黑为粒径50nm、300nm、600nm的复合炭黑，氧化铝粉的粒度为1.8μm，刚玉加工成多种粒度，粒度为5mm的占刚玉总量30％、粒度为1mm的占刚玉总量22％、粒度为270微米占刚玉总量16％、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

前处理：先将复合炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合13min得混合粉2，再将不同粒径的刚玉粉混合，同时缓慢加入环氧树脂混合4min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混15h，并在180MPa下预压处理得支撑板坯件；

成型：先将支撑板坯件在200℃下固化处理20h，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中，分别在760℃、920℃、1350℃下保温2h烧结得支撑板成品。

实施例8

与实施例1的区别仅在于，实施例8的原料炭黑的粒径为30nm。

实施例9

与实施例1的区别仅在于，实施例9的原料炭黑的粒径为1μm。

实施例10

与实施例1的区别仅在于，实施例10的原料刚玉仅破碎成粒径为1mm的粉末。

实施例11

与实施例1的区别仅在于，实施例11直接将所有原料混粉烧结成型。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，对比例1的原料不含炭黑。

对比例2

与实施例1的区别仅在于，对比例2成型时不进行固化处理。

对比例3

与实施例1的区别仅在于，对比例3成型时不进行碳粉包覆。

将实施例1-11及对比例1-3的产品进行测试，测试其强度、韧性、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：

表1：实施例1-11及对比例1-3中产品的性能

表中的耐腐蚀性数据为产品表面开始出现锈蚀的时间。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (6)

1.一种耐腐蚀支撑板，其特征在于，所述的支撑板由如下质量百分比的材料组成：氧化铝粉：11-13%、Si粉：1-3%、炭黑：0.1-5%、Se粉：0.1-0.5%、Lu粉：0.02-0.06%、余量为刚玉；所述氧化铝粉的粒度为0.01-3μm；

所述耐腐蚀支撑板的制备方法包括如下步骤：

（1）前处理：按质量百分比称取原料，先将炭黑与氧化铝粉混合置于球磨机中，加入无水乙醇进行分散，球磨、烘干、磨细得混合粉1；

（2）混料：将Si粉、Se粉、Lu粉预混合12-14min得混合粉2，再将刚玉破碎成粒度不同的粉料并混合，同时缓慢加入粘合剂混合3-5min得混合粉3，将混合粉1、混合粉2、混合粉3均匀共混，并进行预压处理得支撑板坯件；

（3）成型：先将支撑板坯件固化处理，再将普通碳粉均匀包裹支撑板坯件，于惰性氛围中烧结成型得支撑板成品；所述烧结处理具体为：分别在740-760℃、880-920℃、1250-1350℃下保温1-2h。

2.根据权利要求1所述的支撑板，其特征在于，所述炭黑包括粒径为40-60nm、120-400nm、500-800nm的炭黑中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的支撑板，其特征在于，所述刚玉加工成多种粒度，粒度为3-6mm的占刚玉总量28-32%、粒度为0.5-1.5mm的占刚玉总量20-24%、粒度为100-400微米占刚玉总量14-18%、余量为粒度小于0.1mm的刚玉。

4.根据权利要求1所述的支撑板，其特征在于，步骤（2）所述粘合剂包括液态环氧树脂、液态酚醛树脂中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的支撑板，其特征在于，步骤（2）所述共混的时间为14-16h，预压处理的压强为170-200MPa。

6.根据权利要求1所述的支撑板，其特征在于，步骤（3）所述固化处理的温度为180-200℃，固化时间为16-20h。