CN111334691A - 一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法 - Google Patents

一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铝型材技术领域，提供一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，铝合金挤压材中各元素的质量分数为：0.65‑0.8％Mg、0.6‑0.75％Si、0.1‑0.15％Zn、0.02‑0.04％Fe、0.06‑0.08％Cu、0.04‑0.06％Mn、0.01‑0.03％Cr、0.01‑0.03％Zr、0.02‑0.04％La、0.01‑0.03％Sc、0.015‑0.025％Y、余量为Al，制备方法包括熔铸、挤压、淬火、时效处理、阳极氧化、电泳处理和喷涂防腐涂层，制备的铝合金挤压材具有优异的抗拉强度、屈强强度以及良好的耐腐蚀性，能够满足地铁刚性悬挂汇流排对铝合金挤压材的要求。

Description

一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法
技术领域
本发明涉及铝型材技术领域，尤其涉及一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法。
背景技术
刚性悬挂汇流排***是将接触线夹持在汇流排中，机车通过受电弓从轨道顶部取流的一种城市轨道交通供电方式。该***用于地铁隧道的供电，具有安全可靠性高，零部件少，安装简捷方便，维护、维修成本低，节省土建投资等一系列特点和优点，具有显著的经济和社会效益。地铁隧道顶部有一排供电设备，贯穿整个地铁隧道，叫做汇流排，汇流排为π形截面的铝合金挤压材，汇流排的两个垂直边末端形成夹口，夹口可进行弹性张开，其弹性产生压力夹持接触线。列车运行时，电不断地从汇流排传导到接触线上，再由接触线传导至受电弓，进入地铁驱动电机后，再通过铁轨返回到供电站，形成一个回路。
专利号：201310420788.7公开了一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，铝合金各元素的组成按重量百分比计分别为：镁0.45～0.50％，硅0.50～0.55％，铁0.10～0.25％，铜≤0.05％，锰≤0.01％，铬≤0.01％，钛≤0.01％，钒≤0.01％，锌≤0.10％，其余单个杂质≤0.03％，其余杂质总和≤0.10％，余量为铝，各组份的重量百分比总和为100％，其制备方法为：熔化、搅拌、调整组分、热顶铸造、热处理、锯切锭坯、挤压成型、冷却等加工工艺步骤。该发明所制造的铝合金强度高、韧性好、导电性好、淬火敏感性低、生产成本低可用于大规模生产等优点。
地铁隧道内环境比较复杂，最为常见的特点就是潮湿，当隧道顶部的水直接滴或漏在汇流排上，易造成汇流排腐蚀受损，使汇流排本身的机械性能降低，导致汇流排两个垂直边末端形成的夹口松懈，夹口处所夹持的接触线脱落，影响供电安全，严重时造成短路，致使列车中断行驶，影响地铁运营。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，解决现有技术铝合金挤压材耐腐蚀性不足的问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，所述铝合金挤压材中各元素的质量分数分别为：0.65-0.8％Mg、0.6-0.75％Si、0.1-0.15％Zn、0.02-0.04％Fe、0.06-0.08％Cu、0.04-0.06％Mn、0.01-0.03％Cr、0.01-0.03％Zr、0.02-0.04％La、0.01-0.03％Sc、0.015-0.025％Y、余量为Al，制备方法包括以下步骤：
(1)熔铸：将熔炼炉升温至725-745℃，加入铝锭和速熔硅，搅拌扒渣，待铝锭完全熔化后加入其他组分，待炉料全部熔化后，通入氮气和精炼剂进行精炼，精炼25-30min，扒渣后进行取样分析，若成分合格，则静置保温30-40min，然后铸造成铝棒，再将铸造后的铸棒进行均匀化处理10-15h，温度控制在515-535℃；若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(2)挤压、淬火、时效处理：将均匀化处理后的铝棒预热至495-515℃，然后进行挤压成型，挤压速率为12-15m/min，挤压温度为485-505℃，然后将挤出的型材水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直，拉伸变形量为1.2-1.6％，拉伸矫直后的型材进行双级时效处理，强风冷却至室温，得到基材；
(3)阳极氧化：将步骤(2)得到的基材进行脱脂、碱蚀、中和预处理，然后将基材放入电解液中进行阳极氧化，在基材表面形成一层氧化膜，温度为15-18℃，氧化时间25-35min；
(4)电泳处理：将阳极氧化后的基材浸入电泳涂料中进行电泳处理，在基材氧化膜表面形成电泳漆膜，然后进行固化，所述电泳处理工艺条件为：电压为160-180V，电泳时间120-200s，电泳涂料为固体质量分数为8-12％的水性丙烯酸树脂；
(5)喷涂防腐涂层：在电泳漆膜外喷涂一层防腐涂层，所述防腐涂层包括以下重量份的原料：32-48重量份环氧树脂、10-15重量份二氧化硅、6-10重量份玻璃鳞片、1.8-2.5重量份分散剂、1.5-2.5重量份硅烷偶联剂、4-6重量份烷基改性硅油、5-8重量份聚偏氟乙烯、20-25重量份环氧固化剂。
进一步的改进是：所述步骤(2)双级时效的具体条件为：第一级时效温度为120-130℃，保温4-6h，第二级时效温度为165-175℃，保温时间9-12h。
进一步的改进是：所述电解液包含140-160g/L的硫酸、10-16g/L的磷酸、3-6g/L硫酸铵。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明制备得到的铝合金挤压材具有更高的抗拉强度和屈服强度，完全满足地铁刚性悬挂汇流排对铝合金挤压材的要求。提高铝合金挤压材力学性能的同时，要考虑对材料的耐腐蚀性的影响，例如Mg元素能够提高抗拉强度和屈服强度，但过剩的Mg元素的存在会降低Mg2Si的溶解度，析出的Mg2Si影响阳极氧化的效果，削弱铝合金挤压材的耐腐蚀性，本发明优化铝合金各元素的配比，制得的铝合金挤压材既具有优异的力学性能，还具有良好的耐腐蚀性。
2、本发明对拉伸矫直后的型材进行双级时效处理，与单级时效相比，双级时效能够提高析出相密度，提高型材的力学性能，还能够调控析出相的形貌状态使型材具有良好的耐腐蚀性能。
3、本发明采取阳极氧化、电泳处理、喷涂防腐涂层的生产工艺，在基材的表面形成氧化膜、电泳漆膜和防腐涂层相结合的复合层，复合层结构的存在使铝合金挤压材具有优异的耐腐蚀性和耐候性，延长了铝合金挤压材的使用寿命，应用于阴暗潮湿的地铁隧道内的刚性悬挂汇流排***时，汇流排不易腐蚀受损，不会造成汇流排夹口处所夹持的接触线脱落。
4、本发明中的防腐涂层包括以下重量份的原料：32-48重量份环氧树脂、10-15重量份二氧化硅、6-10重量份玻璃鳞片、1.8-2.5重量份分散剂、1.5-2.5重量份硅烷偶联剂、4-6重量份烷基改性硅油、5-8重量份聚偏氟乙烯、20-25重量份环氧固化剂。防腐涂层中各组分均匀分散，协同作用使得防腐涂层具有良好的附着力和耐腐蚀性。二氧化硅和玻璃鳞片的添加，提高了防腐涂层的耐磨性和耐候性，降低了成本；在环氧树脂中添加一定量的聚偏氟乙烯，提高了固化后的防腐涂层的疏水性、耐腐蚀性、耐老化性、耐候性。烷基改性硅油能够提高防腐涂层的流平性，在电泳漆膜涂覆效果好；原料中的硅烷偶联剂可以改性玻璃鳞片进行处理,增强了玻璃鳞片与环氧树脂之间的粘结力,同时增加了涂层的抗渗透性和耐水性。
综上所述，本发明通过优化铝合金型材的配方、调整各操作步骤的工艺参数以及在基材表面形成氧化膜、电泳漆膜和防腐涂层相结合的复合层，共同作用下得到具有优异抗拉强度和屈服强度、耐腐蚀性好的铝合金挤压材。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，所述铝合金挤压材中各元素的质量分数分别为：0.65％Mg、0.6％Si、0.15％Zn、0.03％Fe、0.06％Cu、0.06％Mn、0.02％Cr、0.01％Zr、0.02％La、0.03％Sc、0.015％Y、余量为Al，制备方法包括以下步骤：
(1)熔铸：将熔炼炉升温至725℃，加入铝锭和速熔硅，搅拌扒渣，待铝锭完全熔化后加入其他组分，待炉料全部熔化后，通入氮气和精炼剂进行精炼，精炼25min，扒渣后进行取样分析，若成分合格，则静置保温30min，然后铸造成铝棒，再将铸造后的铸棒进行均匀化处理15h，温度控制在515℃；若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析，所述精炼剂采用江西南昌华贝安生产的精炼剂(无钠),每吨熔体中添加2kg；
(2)挤压、淬火、时效处理：将均匀化处理后的铝棒预热至495℃，然后进行挤压成型，挤压速率为12m/min，挤压温度为485℃，然后将挤出的型材水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直，拉伸变形量为1.2％，拉伸矫直后的型材进行双级时效处理，第一级时效温度为120℃，保温6h，第二级时效温度为165℃，保温时间12h，强风冷却至室温，得到基材；
(3)阳极氧化：将步骤(2)得到的基材进行脱脂、碱蚀、中和预处理，然后将基材放入电解液中进行阳极氧化，在基材表面形成一层氧化膜，温度为15℃，氧化时间35min，所述电解液包含140g/L的硫酸、10g/L的磷酸、6g/L硫酸铵；
(4)电泳处理：将阳极氧化后的基材浸入电泳涂料中进行电泳处理，在基材氧化膜表面形成电泳漆膜，然后进行固化，所述电泳处理工艺条件为：电压为160V，电泳时间200s，电泳涂料为固体质量分数为8％的水性丙烯酸树脂；
(5)喷涂防腐涂层：在电泳漆膜外喷涂一层防腐涂层，所述防腐涂层包括以下重量份的原料：32重量份环氧树脂E44、10重量份二氧化硅、10重量份玻璃鳞片、1.8重量份分散剂、2.5重量份硅烷偶联剂、4重量份烷基改性硅油、5重量份聚偏氟乙烯、20重量份聚酰胺环氧固化剂。
实施例二
一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，所述铝合金挤压材中各元素的质量分数分别为：0.7％Mg、0.7％Si、0.1％Zn、0.04％Fe、0.07％Cu、0.05％Mn、0.01％Cr、0.03％Zr、0.04％La、0.02％Sc、0.025％Y、余量为Al，制备方法包括以下步骤：
(1)熔铸：将熔炼炉升温至735℃，加入铝锭和速熔硅，搅拌扒渣，待铝锭完全熔化后加入其他组分，待炉料全部熔化后，通入氮气和精炼剂进行精炼，精炼28min，扒渣后进行取样分析，若成分合格，则静置保温35min，然后铸造成铝棒，再将铸造后的铸棒进行均匀化处理12h，温度控制在525℃；若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析，所述精炼剂采用江西南昌华贝安生产的精炼剂(无钠),每吨熔体中添加2kg；
(2)挤压、淬火、时效处理：将均匀化处理后的铝棒预热至505℃，然后进行挤压成型，挤压速率为14m/min，挤压温度为495℃，然后将挤出的型材水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直，拉伸变形量为1.4％，拉伸矫直后的型材进行双级时效处理，第一级时效温度为125℃，保温5h，第二级时效温度为170℃，保温时间10h，强风冷却至室温，得到基材；
(3)阳极氧化：将步骤(2)得到的基材进行脱脂、碱蚀、中和预处理，然后将基材放入电解液中进行阳极氧化，在基材表面形成一层氧化膜，温度为16℃，氧化时间30min，所述电解液包含150g/L的硫酸、12g/L的磷酸、5g/L硫酸铵；
(4)电泳处理：将阳极氧化后的基材浸入电泳涂料中进行电泳处理，在基材氧化膜表面形成电泳漆膜，然后进行固化，所述电泳处理工艺条件为：电压为170V，电泳时间160s，电泳涂料为固体质量分数为10％的水性丙烯酸树脂；
(5)喷涂防腐涂层：在电泳漆膜外喷涂一层防腐涂层，所述防腐涂层包括以下重量份的原料：40重量份环氧树脂E44、12重量份二氧化硅、8重量份玻璃鳞片、2重量份分散剂、2重量份硅烷偶联剂、5重量份烷基改性硅油、7重量份聚偏氟乙烯、22重量份聚酰胺环氧固化剂。
实施例三
一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，所述铝合金挤压材中各元素的质量分数分别为：0.8％Mg、0.75％Si、0.12％Zn、0.02％Fe、0.08％Cu、0.04％Mn、0.03％Cr、0.02％Zr、0.03％La、0.01％Sc、0.02％Y、余量为Al，制备方法包括以下步骤：
(1)熔铸：将熔炼炉升温至745℃，加入铝锭和速熔硅，搅拌扒渣，待铝锭完全熔化后加入其他组分，待炉料全部熔化后，通入氮气和精炼剂进行精炼，精炼30min，扒渣后进行取样分析，若成分合格，则静置保温40min，然后铸造成铝棒，再将铸造后的铸棒进行均匀化处理10h，温度控制在535℃；若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析，所述精炼剂采用江西南昌华贝安生产的精炼剂(无钠)，每吨熔体中添加2kg；
(2)挤压、淬火、时效处理：将均匀化处理后的铝棒预热至515℃，然后进行挤压成型，挤压速率为15m/min，挤压温度为505℃，然后将挤出的型材水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直，拉伸变形量为1.6％，拉伸矫直后的型材进行双级时效处理，第一级时效温度为130℃，保温4h，第二级时效温度为175℃，保温时间9h，强风冷却至室温，得到基材；
(3)阳极氧化：将步骤(2)得到的基材进行脱脂、碱蚀、中和预处理，然后将基材放入电解液中进行阳极氧化，在基材表面形成一层氧化膜，温度为15-18℃，氧化时间25-35min，所述电解液包含160g/L的硫酸、16g/L的磷酸、3g/L硫酸铵；
(4)电泳处理：将阳极氧化后的基材浸入电泳涂料中进行电泳处理，在基材氧化膜表面形成电泳漆膜，然后进行固化，所述电泳处理工艺条件为：电压为180V，电泳时间120s，电泳涂料为固体质量分数为12％的水性丙烯酸树脂；
(5)喷涂防腐涂层：在电泳漆膜外喷涂一层防腐涂层，所述防腐涂层包括以下重量份的原料：48重量份环氧树脂E44、15重量份二氧化硅、6重量份玻璃鳞片、2.5重量份分散剂、1.5重量份硅烷偶联剂、6重量份烷基改性硅油、8重量份聚偏氟乙烯、25重量份聚酰胺环氧固化剂。
对比例一
一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，采用单级时效处理，时效温度为150℃，时效时间18h，其余操作步骤和工艺参数与实施例三一致。
对比例二
一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，电泳处理后不喷涂防腐涂层，其余操作步骤和工艺参数与实施例三一致。
性能测试
对实施例一至三制备得到的铝合金挤压材以及对比例一和二的铝合金挤压材的抗拉强度、屈服强度和耐腐蚀性进行测定，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002436924100000081
由表1可知，本发明制备得到的铝合金挤压材具有良好的抗拉强度(＞350N/mm2)、屈服强度(＞310N/mm2)和耐腐蚀性能。实施例三与对比例比较可知，采用双级时效处理，在一定程度上既能提高铝型材的抗拉强度和屈服强度，还能够使铝型材具有良好的耐腐蚀性能；铝型材外层的防腐涂料与氧化膜、电泳漆膜配合显著改善了材料的耐腐蚀性。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (3)

1.一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，其特征在于：所述铝合金挤压材中各元素的质量分数分别为：0.65-0.8％Mg、0.6-0.75％Si、0.1-0.15％Zn、0.02-0.04％Fe、0.06-0.08％Cu、0.04-0.06％Mn、0.01-0.03％Cr、0.01-0.03％Zr、0.02-0.04％La、0.01-0.03％Sc、0.015-0.025％Y、余量为Al，制备方法包括以下步骤：
(1)熔铸：将熔炼炉升温至725-745℃，加入铝锭和速熔硅，搅拌扒渣，待铝锭完全熔化后加入其他组分，待炉料全部熔化后，通入氮气和精炼剂进行精炼，精炼25-30min，扒渣后进行取样分析，若成分合格，则静置保温30-40min，然后铸造成铝棒，再将铸造后的铸棒进行均匀化处理10-15h，温度控制在515-535℃；若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(2)挤压、淬火、时效处理：将均匀化处理后的铝棒预热至495-515℃，然后进行挤压成型，挤压速率为12-15m/min，挤压温度为485-505℃，然后将挤出的型材水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直，拉伸变形量为1.2-1.6％，拉伸矫直后的型材进行双级时效处理，强风冷却至室温，得到基材；
(3)阳极氧化：将步骤(2)得到的基材进行脱脂、碱蚀、中和预处理，然后将基材放入电解液中进行阳极氧化，在基材表面形成一层氧化膜，温度为15-18℃，氧化时间25-35min；
(4)电泳处理：将阳极氧化后的基材浸入电泳涂料中进行电泳处理，在基材氧化膜表面形成电泳漆膜，然后进行固化，所述电泳处理工艺条件为：电压为160-180V，电泳时间120-200s，电泳涂料为固体质量分数为8-12％的水性丙烯酸树脂；
(5)喷涂防腐涂层：在电泳漆膜外喷涂一层防腐涂层，所述防腐涂层包括以下重量份的原料：32-48重量份环氧树脂、10-15重量份二氧化硅、6-10重量份玻璃鳞片、1.8-2.5重量份分散剂、1.5-2.5重量份硅烷偶联剂、4-6重量份烷基改性硅油、5-8重量份聚偏氟乙烯、20-25重量份环氧固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)双级时效的具体条件为：第一级时效温度为120-130℃，保温4-6h，第二级时效温度为165-175℃，保温时间9-12h。
3.根据权利要求1所述的一种用于地铁刚性悬挂汇流排的铝合金挤压材的制备方法，其特征在于：所述电解液包含140-160g/L的硫酸、10-16g/L的磷酸、3-6g/L硫酸铵。
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