CN112410622B - 一种幕墙用铝合金基材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种幕墙用铝合金基材，涉及合金材料领域，其在传统3系铝合金的基础上进行了改进，在保持3系合金原本的优异性能的同时，显著增加了抗拉强度和弯折强度。并且，该铝合金基材的制备方法简单，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用铝合金基材的大规模生产。

Description

一种幕墙用铝合金基材及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料领域，具体而言，涉及一种幕墙用铝合金基材及其制备方法。

背景技术

幕墙是建筑的外墙围护，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为“帷幕墙”，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由面板和支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所作用的建筑***护结构或装饰性结构。

幕墙按照材料分包括玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙等，其中铝合金幕墙以其材质轻、防腐性能好、使用寿命长、颜色选择多样、导电性能好等优势，备受人们青睐。现有的铝合金幕墙，采用1100H24、1060H24、3003H24、5005H24铝合金，普遍存在着强度较低的缺点，为了达到足够的强度，往往需要将幕墙板做的很厚，不仅增加了自身重量，还提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种幕墙用铝合金基材，其配方科学合理，具有较高的抗拉强度、弯折强度和伸长率，可更好地应用于铝合金幕墙。

本发明的另一目的在于提供一种上述幕墙用铝合金基材的方法，其操作简单，使用方便，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用铝合金基材的大规模生产。

本发明的实施例是这样实现的：

一种幕墙用铝合金基材，其按照质量百分比计，包括：

Si 0.5%~0.7%，Fe 0.6%~0.8%，Cu 0.08%~0.12%，Mn 1.2%~1.4%，Zn 0.08%~0.1%，Sc 0.05%~0.07%，Er 0.01%~0.02%，余量为Al。

一种上述幕墙用铝合金基材的制备方法，其包括：

将铝锭在700~750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、锌剂，保温4~8 h；

加入钪剂和铒剂，继续保温30~60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

将铝合金铸锭在550~600℃下保温6~12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；

对铝合金卷材进行冷轧，得到铝合金板材；

将铝合金板材完全退火，得到铝合金基材。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种幕墙用铝合金基材，其在传统3系铝合金的基础上进行了改进，在保持3系合金原本的优异性能的同时，显著增加了抗拉强度和弯折强度。并且，该铝合金基材的制备方法简单，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用铝合金基材的大规模生产。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种幕墙用铝合金基材及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供了一种幕墙用铝合金基材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.5%~0.7%，Fe 0.6%~0.8%，Cu 0.08%~0.12%，Mn 1.2%~1.4%，Zn 0.08%~0.1%，Sc 0.05%~0.07%，Er 0.01%~0.02%，余量为Al。

优选地，按照质量百分比计，包括：

Si 0.6%，Fe 0.7%，Cu 0.10%，Mn 1.3%，Zn 0.08%，Sc 0.06%，Er 0.02%，余量为Al。

3系铝合金以锰为主要添加元素，其具有较佳的防锈性能，以及良好的可塑性、导电性能，是现有技术中常用于作为铝单板幕墙的一种铝合金，但是3系铝合金相比于其它铝合金来说，存在着强度偏低的问题，仅略高于纯铝。因此，为了达到幕墙所需的强度，对铝合金的厚度有一定的限制。本申请的发明人在付出大量创造性劳动之后发现，通过在3系铝合金的基础上，增加稀土金属钪和铒，可以显著提高铝合金的抗拉强度、弯折强度和伸长率，使其更好地符合幕墙的要求。

稀土金属对于铝合金的强化效果一直以来都有相关研究，通常认为一方面，稀土金属可以减少铝液中的含氢量，减少铝液中的夹杂物，降低滤液中的有害元素；另一方面，稀土金属的电负性较大，其可以在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，组织生成的晶粒成长，达到细化晶粒和枝晶的效果。钪是其中比较常用的稀土金属，其相比之下更加廉价易得，并且强化效果较好，但是通常情况下，钪的添加量需要达到0.2 wt%以上，才会表现出较为明显的强化效果。而在本申请，发明人发现，通过添加少量的铒，可以减少钪的添加量，并显著提高铝合金的强度数据。经发明人推测，在铝合金凝固时，稀土金属富集在固液界面，而铒相比于其它稀土元素来说，其与钪的原子半径、电负性差距相对较小，其可以与钪原子更好地结合，一起加剧固液界面的位错产生，从而导致晶粒进一步细化，达到增加强度的目的。优选地，Er和Sc的含量比为1：3~5。在上述比例搭配下，对于铝合金的强度提升效果最好。

除此之外，本发明实施例还提供了一种上述幕墙用铝合金基材的制备方法，其包括：

S1. 将铝锭在700~750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、锌剂，保温4~8 h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温30~60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在550~600℃下保温6~12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧，得到铝合金板材；

S5. 将铝合金板材完全退火，得到铝合金基材。

进一步地，铝合金铸锭的热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm。在上述加工范围内，可以破坏铝合金的铸造组织，细化内部晶粒，消除显微组织的缺陷，从而提高铝合金的力学性能。

进一步地，对铝合金卷材的冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm。可选地，对铝合金卷材的冷轧分多道次进行，每道次冷轧的变形量为10%~20%。

进一步地，对铝合金板材的退火是将铝合金板材加热至320~400℃，并保持2~4 h。在上述温度范围内，通过退火可以有效去除铝合金内部的残余应力，提高铝合金产品的整体强度。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种幕墙用铝合金基材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.5%，Fe 0.8%，Cu 0.08%，Mn 1.2%，Zn 0.1%，Sc 0.07%，Er 0.01%，余量为Al。

其制备方法包括：

S1. 将铝锭在750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、锌剂，保温4 h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在600℃下保温6 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧，得到铝合金板材；冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm；

S5. 将铝合金板材加热至400℃，并保持2 h完全退火，得到铝合金基材。

实施例2

本实施例提供了一种幕墙用铝合金基材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.7%，Fe 0.6%，Cu 0.12%，Mn 1.2%，Zn 0.08%，Sc 0.05%，Er 0.02%，余量为Al。

其制备方法包括：

S1. 将铝锭在700℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、锌剂，保温8 h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温30 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在550℃下保温12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧，得到铝合金板材；冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm；

S5. 将铝合金板材加热至400℃，并保持2 h完全退火，得到铝合金基材。

实施例3

本实施例提供了一种幕墙用铝合金基材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.6%，Fe 0.7%，Cu 0.10%，Mn 1.3%，Zn 0.08%，Sc 0.06%，Er 0.02%，余量为Al。

其制备方法包括：

S1. 将铝锭在720℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、锌剂，保温6h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温40 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在580℃下保温8 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧，得到铝合金板材；冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm；

S5. 将铝合金板材加热至360℃，并保持3 h完全退火，得到铝合金基材。

对比例1

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用铝合金基材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Sc和Er。

对比例2

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用铝合金基材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Er。

对比例3

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用铝合金基材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Er，且Sc的含量增加为0.2 wt%。

对比例4

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用铝合金基材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Sc。

对比例5

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用铝合金基材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Sc，且Er的含量增加为0.2 wt%。

对比例6

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用铝合金基材的配比和制备方法基本一致，区别在于，Er的含量增加为0.06 wt%。

试验例

采用实施例1~3以及对比例1~6所提供的铝合金基材，对其抗拉强度以及弯折强度进行测试，测试结果如表1所示。

表1. 铝合金基材强度测试

	抗拉强度/MPa	弯折强度/MPa
			实施例1	218	136
实施例2	215	131
			实施例3	228	144
对比例1	194	127
			对比例2	199	129
对比例3	212	130
			对比例4	194	128
对比例5	196	130
			对比例6	217	138

由表1可以看出，本发明实施例所提供的幕墙用铝合金基材的抗拉强度达到了215MPa以上，弯折强度达到了131MPa以上，明显强于市面上的3系合金，同时也明显高于不含稀土金属的情况（对比例1）。对比例2在实施例3的基础上去除了Er，抗拉强度仅达到了199MPa，弯折强度仅达到了129 MPa，与对比例1基本没有太大差别，说明Sc在低含量下对铝合金的强度提升并不明显。相比之下，对比例3将Sc含量提高到0.2 wt%，铝合金基材强度才出现较为明显的提升，但还是比不上本发明实施例1~3的效果。对比例4和对比例5分别测试了在不含Sc的情况下，单独使用Er的效果，结果显示，无论Er的用量多少，对于铝合金基材的强度提升均不明显。对比例6在实施例3的基础上增加了Er的用量，结果显示，过多的Er不仅没能进一步提升铝合金基材的强度，还导致了一定程度的强度降低。

综上所述，本发明实施例提供了一种幕墙用铝合金基材，其在传统3系铝合金的基础上进行了改进，在保持3系合金原本的优异性能的同时，显著增加了抗拉强度和弯折强度。并且，该铝合金基材的制备方法简单，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用铝合金基材的大规模生产。

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 (7)

1.一种幕墙用铝合金基材，其特征在于，按照质量百分比计，包括：

Si 0.5%~0.7%，Fe 0.6%~0.8%，Cu 0.08%~0.12%，Mn 1.2%~1.4%，Zn 0.08%~0.1%，Sc0.05%~0.07%，Er 0.01%~0.02%，余量为Al；Er和Sc的含量比为1：3~5。

2.根据权利要求1所述的幕墙用铝合金基材，其特征在于，按照质量百分比计，包括：

Si 0.6%，Fe 0.7%，Cu 0.10%，Mn 1.3%，Zn 0.08%，Sc 0.06%，Er 0.02%，余量为Al。

3.一种如权利要求1~2任一项所述的幕墙用铝合金基材的制备方法，其特征在于，包括：

将铝锭在700~750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、锌剂，保温4~8 h；

加入钪剂和铒剂，继续保温30~60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭在550~600℃下保温6~12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；

对所述铝合金卷材进行冷轧，得到铝合金板材；

将所述铝合金板材完全退火，得到所述铝合金基材。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金铸锭的热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的所述铝合金卷材的厚度为4~8 mm。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述铝合金卷材的冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的所述铝合金板材的厚度为1~2.5 mm。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述铝合金卷材的冷轧分多道次进行，每道次冷轧的变形量为10%~20%。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，对所述铝合金板材的退火是将所述铝合金板材加热至320~400℃，并保持2~4 h。