CN115927924A - 一种太阳能光伏支架用高强度铝型材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能光伏支架用高强度铝型材及其生产方法，铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.66‑0.72%，Mg 0.62‑0.68%，Cu 0.05‑0.15%，Mn 0.05‑0.15%，Cr 0.05‑0.15%，Ti 0.02‑0.03%，B 0.004‑0.006%，Fe≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，Si与Mg的质量百分比满足：Si≥Mg/1.73+0.3，Mn和Cr的质量百分比之和≤0.2%。本发明解决了生产效率和性能提升无法兼顾的难题，通过优化合金成分和调控淬火时效工艺，在提高挤压速度的同时，大幅提高铝型材的力学性能，铝型材的抗拉强度≥310 MPa，屈服强度≥290 MPa，断后伸长率≥13%，提高太阳能光伏发电装置的安全性和服役寿命。
Description
技术领域
本发明属于铝型材生产技术领域，具体是涉及一种太阳能光伏支架用高强度铝型材及其生产方法。
背景技术
随着碳达峰碳中和的双碳政策实施，近年太阳能光伏发电行业迎来爆发式发展。支架是承载和固定太阳能光伏发电装置的重要构件。由于太阳能光伏发电装置主要安装在人烟稀少、光照充足、光照时间长的沙漠、戈壁、草原、海滩或者屋顶等地方，为了抵抗暴风雨、风沙、暴雪、海洋腐蚀性气候等恶劣环境，提高太阳能光伏发电装置的安全性和服役寿命，太阳能光伏发电装置对支架的强度和耐腐蚀性能都提出了更高的要求。
传统太阳能光伏支架材料主要是镀锌钢，镀锌钢的强度高，制造工艺成熟，也是目前应用最普遍的支架材料，缺点是后期需要做防腐维护，运行维护成本高。不锈钢的耐腐蚀性好，但价格高，使用成本较高。与钢铁材料相比，铝合金具有密度低、耐腐蚀性能好、可阳极氧化、回收利用率高等优点，综合考虑建设和运行维护成本以及回收利用等因素，推广以铝带钢制造太阳能光伏支架是太阳能光伏发电行业的趋势。
公开号为CN113073239A的中国专利申请公开了一种太阳能光伏边框支架铝合金材料及制造方法，铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Si 0.57-0 .63%，Mg 0.45-0.5%，Mn 0.03-0.07%，Cu 0-0.05%，Cr 0-0.02%，Fe 0-0.1%，Zn 0-0.02%，Ti 0.08-0.12%，其余为Al，铝合金材料的抗拉强度≥270 MPa，屈服强度≥250 MPa，伸长率≥10%。
公开号为CN114908274A的中国专利申请公开了一种太阳能跟踪光伏承载支架用铝合金及其型材生产工艺，铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Si 0.7-0.9%，Fe ≤0.25%，Cu ≤0.1%，Mn 0.2-0.3%，Mg 0.5-0.7%，Zn 0.1-0.2%，Cr ≤0.01%，Ti 0.05-0.1%，其它杂质总含量≤0.15%，余量为铝，铝合金型材的抗拉强度为291MPa、屈服强度为271MPa、断后延伸率为10.5%。
公开号为CN108165846A的中国专利申请公开了一种太阳能光伏支架铝合金材料，铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Si 0.1-0.5%，Cu 0.05-0.25%，Mg 0.5-0.85%，Zr 0.1-0.3%，Ti 0.1-0.25%，Mn 0.01-0.15%，其余为铝以及不可避免的杂质，该发明的太阳能光伏支架铝合金材料是采用芳纶纤维布的增强材料粘贴于铝合金芯模表面制作而成，提高铝合金光伏支架构件的耐腐蚀性能。
从生产实践和文献资料检索结果来看，目前铝型材的强度和耐腐蚀性能仍然偏低，难以满足太阳能光伏发电装置承载支架的要求。另外，提高铝型材的强度，又会导致铝型材的挤压速度下降，降低生产效率，难以满足太阳能光伏发电行业降低生产成本的发展要求。因此，现有太阳能光伏支架用铝型材及其生产方法仍有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种太阳能光伏支架用高强度铝型材及其生产方法，通过科学设计铝型材的成分组成和生产工艺，提高铝型材的强度、耐腐蚀性和生产效率，满足太阳能光伏发电装置承重支架对铝型材的要求，降低生产制造成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明第一方面是提供了一种太阳能光伏支架用高强度铝型材，其特点是，该铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.66-0.72%，Mg 0.62-0.68%，Cu 0.05-0.15%，Mn0.05-0.15%，Cr 0.05-0.15%，Ti 0.02-0.03%，B 0.004-0.006%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质元素的总量≤0.15%。
Si和Mg的主要作用是增强铝型材的强度。Si和Mg可以形成Mg2Si强化相显著增强铝型材的强度。Si和Mg的含量不能太低，否者铝型材的强度会不足。Si和Mg的含量也不能太高，否者铝型材的强度会过高，导致挤压速度难以提高。另外，Si除了与Mg形成Mg2Si强化相外，还会与Fe形成金属间化合物，消耗掉部分Si。因此，为了获得足够数量的Mg2Si强化相，还必须严格控制Si与Mg的比例。作为优选地，本发明中Si与Mg的质量百分比满足：Si≥Mg/1.73+0.3。
Cu的主要作用是进一步增强铝型材的强度。Cu与Al可形成CuAl2相显著增强铝型材的强度。Cu含量不能太低，否者铝型材的强度会不足。但Cu含量也不能太高，否者会增加铝型材的挤压难度和降低铝型材的耐腐蚀性能。因此，本发明中设置Cu的质量百分比为0.05-0.15%。
进一步地，所述铝型材还含有微量的Mn和Cr元素，其中Mn的质量百分比为0.05-0.15%，Cr的质量百分比为0.05-0.15%，且Mn和Cr的质量百分比之和满足Mn+Cr ≤0.2%。
铝型材挤压过程中发生再结晶晶粒的长大，形成粗大晶粒组织，会严重降低铝型材的强度和塑性。为了防止粗大晶粒组织的出现，发明人通过实验研究后惊奇地发现，复合添加微量的Mn和Cr元素，Mn和Cr在铝合金中可形成MnAl6、CrAl7、(Cr,Mn)Al12等粒子，能阻碍位错的滑移和晶界的迁移，防止晶粒的长大，提高铝型材的强度和塑性。Mn和Cr的加入量不能太低，则无法抑制晶粒的长大。Mn和Cr的加入总量也不宜太高，否者容易形成粗大的金属间化合物，会增大铝合金的变形抗力和挤压难度。作为优选地，Mn和Cr的质量百分比之和满足：Mn+Cr ≤0.2%。
Ti和B是以Al5Ti1B合金杆的形式加入到铝合金液中，主要作用是细化铝合金圆棒的晶粒，改善铝合金圆棒组织成分的均匀性，降低铝合金圆棒的变形抗力，提高铝型材的挤压速度和生产效率。Ti和B的含量不能太低，否者晶粒细化效果不明显。Ti和B含量太高，不会显著增加晶粒细化效果，反而会增加生产成本。因此，本发明中设置Ti的质量百分比为0.02-0.03%，B的质量百分比为0.004-0.006%。
Fe是铝合金中不可避免的杂质元素。Fe在铝合金中会形成粗大的针状和片状富Fe相，不仅会增加铝型材的挤压难度，而且会割裂铝基体，成为铝型材断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，严重损害铝型材的强度和塑性。因此，为了提高挤压速度，获得高强度的铝型材，须严格控制Fe的含量≤0.2%。
本发明第二方面是提供了一种太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特点是，依次包括如下步骤：
（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择铝源、硅源、镁源、铜源、锰源、铬源作为原材料进行配料；
（2）将原材料加入到蓄热式燃气熔铝炉中在720-760℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置对炉内铝合金液进行搅拌；
（3）用惰性气体和精炼剂对熔铝炉内的铝合金液进行喷吹精炼除气除杂，扒渣后再静置一段时间；
（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.4-0.6%的Al5Ti1B合金杆进行在线晶粒细化处理；
（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和过滤箱进行在线除气过滤处理；
（6）将铝合金液在温度为680-720℃、铸造速度为100-200毫米/分钟的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
（7）将铝合金圆棒加热到590-600℃保温10-12小时进行均质处理；
（8）将铝合金圆棒加热520-540℃后挤压成铝型材，然后喷水雾将铝型材冷却至室温；
（9）对铝型材进行拉伸矫直，然后加热到210-220℃保温2-3小时进行时效处理，冷却后得到所述高强度铝型材。
步骤（1）中，所述原材料可以是纯金属、合金、铝合金生产过程中产生的工艺废料或者回收的废旧金属等，只要能够保证铝型材的成分符合要求，杂质元素不超标即可。作为优选地，所述铝源为纯度≥99.7%的铝锭，镁源为纯度≥99.8%的镁锭，硅源为铝硅合金，铜源为铝铜合金，锰源为铝锰合金，铬源为铝铬合金。
步骤（2）中，为了提高铝合金液的成分均匀性，需要加强对熔铝炉内铝合金液的搅拌。优选地，选择带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉，在熔化成铝合金液后，开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌15-25分钟，可防止铝合金液的成分产生偏析。原材料的加热熔化温度低，熔化速度就慢，生产效率就低。熔化温度高，虽然熔化速度会快，但也会增加原材料的烧损。优选地，熔化温度为720-760℃。另外，熔化搅拌后，还需要对铝合金液的成分进行现场检测，如果成分不合格，还需要补料，直至铝合金液的成分合格为止。
步骤（3）中，为了提高铝合金液的纯净度，必须加强对熔铝炉内铝合金液的精炼除气除杂。优选地，选择纯度≥99.99%的氩气和占原材料总重量0.2-0.4%的精炼剂对铝合金液进行喷吹精炼。喷吹精炼时间不宜过短，也不宜过长，优选地，喷吹精炼时间为15-25分钟。精炼后还需要将铝合金液静置一段时间，以便铝合金液内残留的气泡和夹杂物获得充分的分离时间，优选地，静置时间为30-60分钟。
步骤（3）中，作为优选地，所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 30-45%，KCl 25-40%，KBF4 5-10%，K2ZrF6 5-10%，SrCO3 6-8%，LiCl 3-5%，BaCl2 2-4%，所述精炼剂采用重熔得到，即将精炼剂在真空度10-20Pa的真空炉内于900-1100℃加热1-2小时进行重熔，冷却凝固后进行破碎和筛选，得到粒径≤2毫米的所述精炼剂。
气孔和夹杂物会割裂铝基体，破坏铝合金的组织连续性，会降低铝合金的强度、塑性和耐腐蚀性能，还会增大变形抗力，增加挤压难度。现有精炼剂都是原材料直接混合得到，这种方法虽然简单，成本低，但没有充分发挥精炼剂成分之间的相互作用，这也是现有精炼剂除气除杂效率低的重要原因。另外，现有精炼剂还普遍含有大量的氟盐、硝酸盐、硫酸盐和六氯乙烷等，精炼过程会产大量刺激性难闻的烟气，如氟化氢、二氧化硫等，造成环境污染和危害人体健康。
为了提高炉内铝合金液的洁净度，降低铝合金的变形抗力，提高铝合金的强度、塑性和耐腐蚀性能，发明人通过大量的实验研究，研制了更高效环保的重熔型精炼剂，通过高温重熔可使精炼剂的成分之间相互融合结晶，降低精炼剂的熔点，使精炼剂更容易熔解于铝合金液。同时精炼剂的成分可发生相互促进的物理化学作用，具有更高的除气除杂效率。譬如MgCl2的熔点为712℃，KCl的熔点为770℃，当对精炼剂进行高温重熔后，MgCl2和KCl可形成熔点低于500℃的MgCl2·KCl共晶体，显著降低精炼剂的熔解温度，使精炼剂更容易熔解于铝合金液，产生更好的除气除杂效果。
其中，MgCl2和KCl是精炼剂的主要成分，MgCl2和KCl与铝合金液会反应生成沸点仅为182.7℃的AlCl3，AlCl3气泡在铝合金液上浮过程将吸附部分氢气和夹杂物，达到除气除杂净化效果。部分MgCl2和KCl在高温铝合金液的热作用下直接分解释放出Cl+离子，Cl+离子与铝合金液中的氢气反应生成HCl气体，HCl气泡在溢出铝合金液过程中又进一步吸附带走夹杂物，起到高效的除气除杂净化作用。
K2ZrF6和KBF4可与铝合金液反应生成KAlF4、K3AlF6和ZrB2，反应得到的KAlF4和K3AlF6呈熔盐状态，表面张力大，不与铝合金液浸润，对Al2O3等氧化夹杂物具有很好的溶解润湿作用，可促进Al2O3等氧化夹杂物与铝合金液的分离，提高除杂净化的效果。反应得到的副产物ZrB2可充当铝合金液凝固时的异质形核核心，起到细化晶粒的作用，有利于获得晶粒更加细小均匀的铝合金圆棒，降低铝合金圆棒的变形抗力。
Fe是铝合金中不可避免的杂质元素，在铝合金中通常以Al3Fe、FeSiAl3、Fe2SiAl8、Fe2Si2Al9、Fe3Si2Al12等粗大的针状或片状富Fe相形式存在，会损害铝合金的强度、塑性和耐腐蚀性能，增大铝合金圆棒的变形抗力，降低挤压速度。为了提高精炼剂的除气除杂效率又能消除粗大富Fe相的危害，发明人通过大量实验研究后发现，在精炼剂中加入少量的SrCO3、LiCl和BaCl2，SrCO3在高温铝合金液中可分解出CO2，LiCl和BaCl2在铝合金液中可反应生成沸点仅为183℃的AlCl3，CO2和AlCl3气泡在上浮过程中可吸附带走氢气和Al2O3等夹杂物，起到除气除杂的效果。反应得到Sr、Li和Ba元素进入铝合金液中，在铝合金凝固过程中对粗大富Fe相起到细化变质作用，使粗大针状或片状富Fe相转变为细小的颗粒状弥散分布在铝基体内，可以消除粗大富Fe相的危害，降低铝合金圆棒的变形抗力，提高铝合金圆棒的挤压性能和铝型材的强度、塑性和耐腐蚀性能。
步骤（4）中，为了改善铝合金圆棒的组织成分均匀性，提高铝棒的挤压加工性能，必须对铝合金液进行晶粒细化处理。晶粒细化剂可以是铝钛硼合金、铝钛碳合金等。优选地，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金杆，添加量为原材料总重量的0.4-0.6%，在半连续铸造前的流槽上加入到铝合金液中，可起到最佳的晶粒细化效果。
步骤（5）中，气孔和夹杂物会割裂铝基体，降低铝合金圆棒的塑性和挤压速度。为了进一步提高铝合金液的纯净度，还需要对铸造前的铝合金液进行在线除气过滤处理，即将铝合金液依次流过设置在流槽上除气箱和过滤箱，通过在线除气过滤处理，获得高洁净的铝合金液，提高铝合金圆棒的塑性。作为优选地，所述除气箱内石墨转子的旋转速度为500-600转/分钟，气体流量为1.5-2.5立方米/小时，气体压力为0.35-0.45MPa，所述气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为1-5%，所述过滤箱内设置有前50目、后80目的两块泡沫陶瓷过滤板。
步骤（6）中，为了获得高质量的铝合金圆棒，防止铸造事故发生，需要严格遵守半连续铸造的操作规程和严格控制半连续铸造的工艺参数。铝合金圆棒的直径小，铸造速度可以快些，铝合金圆棒的直径大，铸造速度应慢些。铸造机冷却水的温度不能超过50℃。作为优选地，所述铝合金液的温度为680-720℃，半连续铸造的速度为100-200毫米/分钟，半连续铸造机的冷却水温度为20-40℃。
步骤（7）中，对铝合金圆棒进行均质处理的目的是消除铝合金圆棒的元素偏析，熔解粗大的第二相化合物，消除铝合金圆棒的应力，提高铝合金圆棒的挤压性能。均质温度太低或者时间太短，会导致均质处理不彻底。均质温度太高则会导致铝合金圆棒过烧，反而会恶化铝合金的挤压性能和力学性能。作为优选地，铝合金圆棒的均质温度为590-600℃，均质时间为10-12小时。
步骤（8）中，由于铝合金复合添加了微量的Mn、Cr元素，能够有效抑制晶粒的长大，同时铝合金圆棒具有更低的变形抗力，可以采用更高温度和更快的速度进行挤压，提高生产效率的同时，还不会导致铝型材产生粗晶。作为优选地，所述铝合金圆棒的加热温度为520-540℃，挤压模具的上机温度为480-500℃，挤压杆推进速度为25-35毫米/秒。挤压得到的铝型材可以采用风冷、喷水冷却、水雾联合冷却和水槽穿水冷却等。为了提高冷却速度，同时又避免变形，优选地，采用喷水雾冷却。
步骤（9）中，冷却后的铝型材必须进行拉伸矫直，拉伸矫直的变形量不宜过小，也不宜过大，否者都无法获得所需的尺寸。优选地，拉伸矫直的变形量为1-3%。时效处理是提高铝型材强度的重要工序，发明人对本发明铝型材的时效工艺进大量实验研究后发现，将铝型材加热到210-220℃保温2-3小时进行时效，然后随炉冷却或空冷至室温，可获得最高强度的铝型材，同时加热时间也明显缩短，有利于提高生产效率，降低生产成本，提高市场竞争力。时效温度超过220℃，时效时间超过3小时，或者时效温度低于210℃或者时效时间小于2小时，都无法获得所需强度的铝型材。
上述采用到的装置和设备除了除气箱和过滤箱均为现有技术，能够实现本发明所述铝型材的制备即可，因此在此对其具体结构不作详细描述，对于本领域技术人员来说是容易理解的。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明通过科学设计铝合金的成分组成、提高铝合金液的洁净度、细化和均质化铝合金圆棒的组织成分，降低铝合金圆棒的变形抗力，大幅提高了铝型材的挤压速度和生产效率，解决了强度和挤压生产效率之间的矛盾问题；
（2）本发明研制使用的精炼剂具有更高的除气除杂效果，对铝合金还有细化变质改性作用，可以降低铝合金的变形抗力，提高挤压性能、力学性能和耐腐蚀性能。精炼剂含的氟盐少，不含硝酸盐、硫酸盐和六氯乙烷等，使用更加环保；
（3）本发明铝型材的抗拉强度≥310 MPa，屈服强度≥290 MPa，断后伸长率≥13%，韦氏硬度≥16，与6005A铝型材相比，强度提高了15%，塑性提高了30%，具更高的强度、塑性和耐腐蚀性能，满足太阳能光伏发电装置对高强度耐腐蚀铝型材的要求。
附图说明
图1为实施例1铝型材横截面上的晶粒组织照片。
图2为实施例2铝型材横截面上的晶粒组织照片。
图3为实施例3铝型材横截面上的晶粒组织照片。
图4为实施例4铝型材横截面上的晶粒组织照片。
具体实施方式
实施例1：
本发明所述铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.68%，Mg 0.65%，Cu0.12%，Mn 0.09%，Cr 0.08%，Ti 0.025%，B 0.005%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质元素的总量≤0.15%。其生产方法依次包括如下步骤：（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.8%的镁锭、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金作为原材料进行配料；（2）将原材料加入到蓄热式燃气熔铝炉中在740℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌20分钟；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.3%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼20分钟，扒渣后静置45分钟，所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 40.3%，KCl 34.1%，KBF4 6.3%，K2ZrF66.5%，SrCO3 7.1%，LiCl 3.3%，BaCl2 2.4%，且精炼剂采用重熔得到：将精炼剂烘干脱水后，在真空度15 Pa的真空炉内于1000℃加热1.5小时，冷却凝固后进行破碎和筛选，得到粒径≤2毫米的所述精炼剂；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.5%的Al5Ti1B合金杆进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为550转/分钟、气体流量为2立方米/小时、气体压力为0.4MPa的除气箱和设置有前50目、后80目两块泡沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体是纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为2.5%；（6）将铝合金液在温度为700℃、铸造速度为150毫米/分钟的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热到595℃保温11小时进行均质处理；（8）将铝合金圆棒加热530℃后，在模具上机温度为490℃、挤压杆推进速度为30毫米/秒的条件下挤压成铝型材，然后喷水雾将铝型材冷却至室温；（9）对铝型材进行拉伸矫直，然后加热到215℃保温2.5小时进行时效处理，冷却后得到所述太阳能光伏支架用高强度铝型材。
实施例2：
本发明所述铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.66%，Mg 0.62%，Cu0.05%，Mn 0.12%，Cr 0.06%，Ti 0.02%，B 0.004%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质元素的总量≤0.15%。其生产方法依次包括如下步骤：（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.8%的镁锭、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金作为原材料进行配料；（2）将原材料加入到蓄热式燃气熔铝炉中在760℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌25；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.4%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼25分钟，扒渣后静置30分钟，所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 30.2%，KCl 39.8%，KBF4 7.3%，K2ZrF6 9.9%，SrCO3 6.1%，LiCl 3.4%，BaCl2 3.3%，且精炼剂采用重熔得到：将精炼剂烘干脱水后，在真空度10 Pa的真空炉内于1100℃加热1小时，冷却凝固后进行破碎和筛选，得到粒径≤2毫米的所述精炼剂；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.4%的Al5Ti1B合金杆进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为600转/分钟、气体流量为1.5立方米/小时、气体压力为0.35MPa的除气箱和设置有前50目、后80目两块泡沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体是纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为1%；（6）将铝合金液在温度为720℃、铸造速度为100毫米/分钟的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热到600℃保温10小时进行均质处理；（8）将铝合金圆棒加热540℃后，在模具上机温度为500℃、挤压杆推进速度为35毫米/秒的条件下挤压成铝型材，然后喷水雾将铝型材冷却至室温；（9）对铝型材进行拉伸矫直，然后加热到210℃保温3小时进行时效处理，冷却后得到所述太阳能光伏支架用高强度铝型材。
实施例3：
本发明所述铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.72%，Mg 0.68%，Cu0.15%，Mn 0.08%，Cr 0.12%，Ti 0.03%，B 0.006%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质元素的总量≤0.15%。其生产方法依次包括如下步骤：（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.8%的镁锭、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金作为原材料进行配料；（2）将原材料加入到蓄热式燃气熔铝炉中在720℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌15；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.2%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼15分钟，扒渣后静置60分钟，所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 44.8%，KCl 25.2%，KBF4 5.3%，K2ZrF6 5.1%，SrCO3 6.7%，LiCl 3.9%，BaCl2 2.0%，且精炼剂采用重熔得到：将精炼剂烘干脱水后，在真空度20 Pa的真空炉内于900℃加热2小时，冷却凝固后进行破碎和筛选，得到粒径≤2毫米的所述精炼剂；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.6%的Al5Ti1B合金杆进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为500转/分钟、气体流量为2.5立方米/小时、气体压力为0.45MPa的除气箱和设置有前50目、后80目两块泡沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体是纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为5%；（6）将铝合金液在温度为680℃、铸造速度为200毫米/分钟的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热到590℃保温12小时进行均质处理；（8）将铝合金圆棒加热520℃后，在模具上机温度为480℃、挤压杆推进速度为25毫米/秒的条件下挤压成铝型材，然后喷水雾将铝型材冷却至室温；（9）对铝型材进行拉伸矫直，然后加热到220℃保温2小时进行时效处理，冷却后得到所述太阳能光伏支架用高强度铝型材。
实施例4：
本发明所述铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.67%，Mg 0.64%，Cu0.09%，Mn 0.05%，Cr 0.15%，Ti 0.025%，B 0.005%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质元素的总量≤0.15%。其生产方法依次包括如下步骤：（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.8%的镁锭、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金作为原材料进行配料；（2）将原材料加入到蓄热式燃气熔铝炉中在730℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌20；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.3%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼20分钟，扒渣后静置50分钟，所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 35.2%，KCl 35.8%，KBF4 5.3%，K2ZrF6 8.9%，SrCO3 7.1%，LiCl 4.4%，BaCl2 3.3%，且精炼剂采用重熔得到：将精炼剂烘干脱水后，在真空度18 Pa的真空炉内于950℃加热1.6小时，冷却凝固后进行破碎和筛选，得到粒径≤2毫米的所述精炼剂；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.5%的Al5Ti1B合金杆进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为580转/分钟、气体流量为1.9立方米/小时、气体压力为0.38MPa的除气箱和设置有前50目、后80目两块泡沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体是纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为4%；（6）将铝合金液在温度为690℃、铸造速度为170毫米/分钟的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热到595℃保温11小时进行均质处理；（8）将铝合金圆棒加热530℃后，在模具上机温度为495℃、挤压杆推进速度为30毫米/秒的条件下挤压成铝型材，然后喷水雾将铝型材冷却至室温；（9）对铝型材进行拉伸矫直，然后加热到215℃保温2.5小时进行时效处理，冷却后得到所述太阳能光伏支架用高强度铝型材。
验证例1：
采用HDA-V测氢仪和Analyze PoDFA测渣仪现场检测实施例1-4半连续铸造前铝合金液的含氢量和含渣量，结果如表1所示。从表1可看到，实施例1-4铝合金液的含氢量低于0.12 ml/100gAl，含渣量低于0.09 mm2/kg。而采用现有精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼，在精炼剂的添加量相同的情况下，半连续铸造前铝合金液的含氢量通常都是高于0.17ml/100gAl，含渣量高于0.15 mm2/kg。通过比较可以看到，采用本发明研制的精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼，由于精炼剂具有更高的除气除杂效率，可显著降低铝合金液的气渣含量，有利于降低铝合金圆棒的变形抗力，提高铝合金圆棒的挤压速度、铝型材的力学性能和耐腐蚀性能。
表1 实施例1-4铝合金液的含氢量和含渣量
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 含氢量/(ml/100gAl) | 0.113 | 0.104 | 0.117 | 0.106 |
| <![CDATA[含渣量/(mm<sup>2</sup>/kg)]]> | 0.087 | 0.084 | 0.089 | 0.085 |
验证例2：
在实施例1-4铝型材上取样，经磨制、抛光和腐蚀后，在光学显微镜下观察铝型材横截面上的晶粒组织，图1为实施例1铝型材横截面上的晶粒组织，图2为实施例2铝型材横截面上的晶粒组织，图3为实施例3铝型材横截面上的晶粒组织，图4为实施例4铝型材横截面上的晶粒组织。从图1-4可以看到，铝型材横截面上都为细小均匀的等轴晶粒组织。说明本发明通过科学设计铝合金的成分组成和挤压生产工艺，可防止挤压铝合金发生再结晶晶粒的长大，获得晶粒细小均匀的铝型材，有利于提高铝型材的强度、塑性和耐腐蚀性能。
验证例3：
在实施例1-4铝型材上取样，加工成标准拉伸试样，然后在电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2mm/min，检测铝型材的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率，结果如表2所示。采用布氏硬度计检测铝型材的布氏硬度，结果如表2所示。从表2可看到，实施例1-4铝型材的抗拉强度≥310 MPa，屈服强度≥290 MPa，断后伸长率≥13%，韦氏硬度≥16。而目前太阳能光伏支架用6005A铝型材的抗拉强度通常是低于280 MPa，屈服强度低于260 MPa，断后伸长率低于10%，韦氏硬度低于15。通过比较可以看到，本发明铝型材的强度提高了10%，塑性提高了30%以上，具更高的强度和塑性，满足太阳能光伏支架对高强度铝型材的要求。
表2 实施例1-4铝型材的力学性能
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 抗拉强度/MPa | 316.9 | 311.8 | 326.4 | 321.5 |
| 屈服强度/MPa | 297.2 | 293.5 | 295.7 | 292.3 |
| 断后伸长率/% | 13.9 | 14.1 | 13.2 | 13.6 |
| 韦氏硬度HB | 16.3 | 16.1 | 16.8 | 16.5 |
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能光伏支架用高强度铝型材，其特征在于，该铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.66-0.72%，Mg 0.62-0.68%，Cu 0.05-0.15%，Mn 0.05-0.15%，Cr 0.05-0.15%，Ti 0.02-0.03%，B 0.004-0.006%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质元素的总量≤0.15%。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏支架用高强度铝型材，其特征在于，所述Si与Mg的质量百分比满足：Si≥Mg/1.73+0.3，所述Mn和Cr的质量百分比之和满足：Mn+Cr ≤0.2%。
3.一种太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，该方法用于生产如权利要求1-2所述的太阳能光伏支架用高强度铝型材，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择铝源、硅源、镁源、铜源、锰源、铬源作为原材料进行配料；
（2）将原材料加入到蓄热式燃气熔铝炉中在720-760℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置对炉内铝合金液进行搅拌；
（3）用惰性气体和精炼剂对熔铝炉内的铝合金液进行喷吹精炼除气除杂，扒渣后再静置一段时间；
（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.4-0.6%的Al5Ti1B合金杆进行在线晶粒细化处理；
（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和过滤箱进行在线除气过滤处理；
（6）将铝合金液在温度为680-720℃、铸造速度为100-200毫米/分钟的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
（7）将铝合金圆棒加热到590-600℃保温10-12小时进行均质处理；
（8）将铝合金圆棒加热520-540℃后挤压成铝型材，然后喷水雾将铝型材冷却至室温；
（9）对铝型材进行拉伸矫直，然后加热到210-220℃保温2-3小时进行时效处理，冷却后得到所述太阳能光伏支架用高强度铝型材。
4.根据权利要求3所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）中铝源为纯度≥99.7%的铝锭，镁源为纯度≥99.8%的镁锭，硅源为铝硅合金，铜源为铝铜合金，锰源为铝锰合金，铬源为铝铬合金。
5.根据权利要求3所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）中开启永磁搅拌装置对炉内铝合金液进行搅拌是采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌15-25分钟。
6.根据权利要求3所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述步骤（3）中惰性气体是纯度≥99.99%的氩气，所述精炼剂的用量占原材料总重量的0.2-0.4%，喷吹精炼时间为15-25分钟，静置时间为30-60分钟。
7.根据权利要求3所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述步骤（3）中精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 30-45%，KCl 25-40%，KBF4 5-10%，K2ZrF6 5-10%，SrCO3 6-8%，LiCl 3-5%，BaCl2 2-4%。
8.根据权利要求3或7所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述精炼剂采用重熔得到，具体是将精炼剂在真空度10-20Pa的真空炉内于900-1100℃加热1-2小时进行重熔，冷却凝固后进行破碎和筛选，得到粒径≤2毫米的所述精炼剂。
9.根据权利要求3所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述步骤（5）中除气箱内石墨转子的旋转速度为500-600转/分钟，气体流量为1.5-2.5立方米/小时，气体压力为0.35-0.45MPa，所述气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为1-5%，所述过滤箱内设置有前50目、后80目的两块泡沫陶瓷过滤板。
10.根据权利要求3所述太阳能光伏支架用高强度铝型材的生产方法，其特征在于，所述步骤（8）中挤压采用的模具上机温度为480-500℃，挤压杆推进速度为25-35毫米/秒。
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