CN101445879B

CN101445879B - 一种耐腐蚀铸造铝合金制造水表表壳的方法及其制品

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Publication number: CN101445879B
Application number: CN2009100006469A
Authority: CN
Inventors: 周岳建
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2029-01-13
Also published as: CN101445879A

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀铸造铝合金水表表壳的制造方法及其制品，所述的方法是用一种含Mg：3.50％～13.0％；Si：0.2％～2.0％；Cu：0.10％～1.5％；Zn：0.1％～1.8％；Mn：0.10％～0.6％；Ti：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％，Al：余量的铝合金用铸造方法制造，按上述制造方法所制造的水表表壳具有耐腐蚀，质轻，成本低的优点。

Description

一种耐腐蚀铸造铝合金制造水表表壳的方法及其制品

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀铸造制造铝合金水表表壳的方法及其制品。

背景技术

计量用水量的水表的表壳一直是沿用铸铁、铸造黄铜制造。铸铁铸造的水表，优点是力学性能好，价格低，缺点是表壳重，更主要的是耐腐蚀性能差，易造成二次污染。铸造黄铜的优点是力学性能好，缺点是铸造黄铜含铅，从而产生严重的铅污染，除此之外，还存在表壳重，成本高的缺点。铝合金以其质轻、成本低的优点早就用于航空工业，之后随着铸造铝合金的发展，也广泛用于汽车工业。但是，目前并未用于制造水表表壳，也就是说，现行的铝合金不能适应水表恶劣的工作环境和对机械性能的要求。水表表壳其内壁长期处于水的浸泡之下，受水和水中杂质的影响，要求它在较长的使用期间内，八年、十年、甚至更长的时间，都要求保持良好的机械、化学性能。中国专利申请200810177309.2公开了一种含硅、镁、铜的铸造铝合金，并已用于水表表壳的制造。这种铝合金具有良好的铸造性和力学性能，和一定的耐腐蚀性能。但由于硅含量高，不能获得高致密、高硬度的化学、电化学氧化膜，使水表表壳、特别是内壁抗腐蚀性能与抗水流冲刷性能受到了一定的局限，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐腐蚀铸造铝合金制造水表表壳的方法及其制品。

按照本发明所说的铸造铝合金制造水表表壳的方法，包括如下步骤：

1，按下列配比(重量百分比)配料，其中：Mg：3.50％～13.0％；Si：0.2％～2.0％；Cu：0.10％～1.5％；Zn：0.1％～1.8％；Mn：0.10％～0.6％；Ti：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％，Al：余量。

按照本发明的一个优选实施例，其中：Mg：4.5％～11.5％；Si：0.2％～1.5％；Cu：0.1％～1.0％；Zn：0.1％～1.8％；Mn：0.10％～0.6％；Ti：0.05％～0.10％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％；Al：余量。

按照本发明的又一个优选实施例，其中：Mg：7.0％～10.6％；Si：0.2％～0.5％；Cu：0.1％～0.35％；Zn：0.1％～1.5％；Mn：0.10％～0.35％；Ti：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％；余为Al。

镁在铸造铝合金中是一种既能提高力学性能，又能对耐腐蚀性以及增强化学、电化学氧化膜保护有益的合金化元素，特别是铸造铝合金中适当提高镁的含量，它在耐腐蚀性能上的提高尤为明显。另一方面，在铝中同时含镁、硅、锌和铜时，可析出Mg₂Si、Al₂Cu、Al₂CuMg以及MgZn₂强化相，对提高合金强度有利，使合金具有良好的力学性能、工艺性能和耐腐蚀性能。但是，镁在熔炼过程中存在着易于极度氧化问题，必须进行熔炼保护，否则会使合金产生严重的氧化问题，降低了合金流动性，导致铸件缺陷。。

硅在铸造铝合金中的作用是提高合金流动性，改善铸造缩孔缩松性。硅也是一种提高延伸率、抗拉强度、屈服强度等的合金化元素。常与镁搭配使用，总是以Mg₂Si析出相为强化要素，提高合金的力学性能，所以硅是铸造铝合金中不可或缺的合金化元素。

铜是一种改善强度作用极大的合金化元素，具有“自时效”作用，如前所述，它可析出Al₂Cu以及Al₂CuMg强化相，显著提高铝合金的力学性能，也有利于促进与Mg₂Si相共同强化的作用。但是铜的加入量太高，会产生热裂问题、铸造工艺性下降，同时耐腐蚀性能也大幅度下降。

锌在铝镁系铸造合金中主要是形成MgZn₂强化相，起到弥散强化作用，并使析出相成不连续分布，显著提高合金的抗应力腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能。但加入量不能太高，否则会降低合金的塑性。

锰在铝镁系铸造合金中少量固溶，大部分形成MnAl₆。锰能使含镁相沉淀均匀，提高合金的抗腐蚀性能，特别是提高抗应力腐蚀性能作用显著。在提高合金强度的效果比镁大，而且能使合金具有更高的稳定性。但锰含量过多时，反而使提高强度的作用下降，并且使合金的塑性显著降低。因此，在本发明中锰的加入量的选择以提高耐腐蚀性能为主。

钛的加入主要是为了细化基体α相，使α相尽可能由粗大树枝晶转变为细小等轴晶，使合金的强韧性得到提高。

混合稀土RE主要是以辅助合金化元素加入。其作用是去除合金中的有害气体及碱性舍金属元素，如氢、氧、氮以及碱土金属元素钠、钾、钙等，起到净化作用，同时对细化基体α相也起有益作用。

含有锶，锶主要是以辅助合金化元素加入。其主要作用是去除铝合金中的杂质铁和促进合金组织细化。

本发明将锶、钛与混合稀土三者混合使用，通过控制总加入量，充分发挥各自优点，达到优化的效果

铝是合金中的基体元素，其含量受合金化元素加入量控制。铝含量越高，对合金耐腐蚀性能与对铸件实施表面化学、电化学氧化处理技术有益。

2.熔炼与保护

熔炼时，按上述配比的配料，除Ti、Sr、和RE在变质、细化步骤投入外，均投入熔炼炉中熔炼，熔炼采用中频感应炉或其它快速加热设备熔炼，配料中的硅、铜、锰可以中间合金的形式加入，铝、镁、锌可以纯金属的形式加入，但不限于此。熔化时先加中间合金，后加纯金属炉料。所述中频炉可先预热后加大功率快速升温。

在第一批炉料(包括铝硅、铝铜、铝锰中间合金)加入炉中，熔化后，撒入质量分数2％-5％(按炉料量)的覆盖剂，再加入剩余中间合金炉料，当上述料已熔化，控制熔炼温度在700～750℃内。随后，将前述熔融金属温度调整在670～720℃，再加入铝、镁、锌纯金属炉料。

这里所述的覆盖剂可采用5％KCl+25％NaCl+70％CaCl₂组成的覆盖剂，也可采用40-60％MgCl+40-60％KCl组成的覆盖剂，或采用已知的铝镁合金或镁合金专用覆盖剂，如可采用上海虹光牌2号镁合金专用覆盖剂。

3.精炼与净化处理

调整熔融金属温度在690～720℃，可用压入法加入除气精炼净化剂，总加入量按炉料量的0.1～0.6％，均匀搅拌15～25分钟，直到渣与金属液分离，搅拌后进行10～25分钟的静置，然后净化扒渣。撒入覆盖剂避免液面暴露。

这里所说的除气精炼净化剂，可采用一种无烟环保型除气精炼净化剂，如光卤石等精炼溶剂，但不限于此。应进一步指出的是铝镁合金熔炼专用溶剂，可从市场购置。加入后可产生化学反应和物理作用，需要一定的作用时间，使溶解在铝中的氢气通过浮游扩散的方式得到去除，同时使熔炼铝中的渣物也得到一同去除。

4.变质、细化处理

将前述经精炼与净化的熔融金属控制温度在700～750℃，加入钛、锶、稀土三元微量变质与细化剂，可以中间合金的方式加入，加入总量为0.13％～0.3％，其中Ti：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％。加入15～35分钟后，均匀搅拌，然后，静置30分钟。

5.炉内液面保护、浇注与铸造成形

为防止在生产浇注过程中炉内合金液中镁等合金元素氧化烧损问题，采用一种含氟化硫或氟里昂的混合气体，通入炉内金属液面上部加以保护与脚踏开关炉盖保护系统，这里气体保护系统与炉盖关开系统是采用已知的技术方法。但不限于此，也可采用溶剂保护法。但溶剂保护法，在浇注时易使渣或溶剂混入金属液内，造成铸件质量问题。调整铝合金融体温度在690～740℃，快速扒去液面上的浮渣，启动气体保护系统与炉盖关开脚踏系统，进行浇注。

在控制金属铸模温度约120～250℃，采用有挡板的浇勺浇注，而获得新型铝合金表壳铸造件。

金属铸模在铸造前要进行预热与上涂料，可采用喷涂或刷涂方式，涂料要均匀、应正确选用涂料，有利于获得良好的铸件质量。

铸件或表壳内腔应采用砂质型芯形成，型芯材料的选择是关键。应选用透气性高、退让性好以及具有中温强度的覆膜砂制造。

6.热处理

热处理主要包括固溶处理后的人工时效处理或自然时效处理。将前述铝合金铸件放置在料框上，入炉加热。应力求装料均匀，在有气流循环的热处理加热设备内进行热处理。

采用地坑井式炉等固溶处理设备，加热保温温度为430℃～520℃，保温时间8～25小时；出炉立即热水淬火或油淬，水或油温控制在50～100℃。

采用地坑井式炉等人工时效设备，加热保温温度为150～180℃，保温时间3～12小时；出炉空冷至室温。

自然时效采用室温放置24小时后，方可进行后续加工与处理。

7.机械加工与化学、电化学氧化处理。

对表壳铸件进行机加工，获得图示所示的水表壳。

对加工后的表壳进行表面喷丸处理、表面化学预处理，最后进行阳极氧化处理，以获得所需的氧化膜质量与厚度，其中：

喷丸处理，采用不锈钢丸，粒度为0.1-0.3mm，喷丸5-15分钟，去除表面杂物。

表面化学预处理，采用市购专用的磷酸钠去油剂去油污，处理时间1-3min；采用氢氧化钠去除残留氧化物，浓度为50-100g/L0，处理时间0.5-2min。最后再进行酸碱洗中和。

阳极氧化处理，是使用硫酸系溶液，槽液温度控制在10-30℃，电流密度为0.5-4.0A/dm²，氧化时间控制在45-60分钟。

显然，按照本发明提供的水表表壳能改变已有技术中用铸造黄铜做水表表壳的传统，达到减轻重量、耐腐蚀与抗冲刷、降低成本的目的，不仅如此，由于铝合金的熔点远低于铸造黄铜，从而降低了能耗，这在当今能源紧张、资源乏缺、环境污染以及燃料价格据高不下的情况下，更显出本发明的优点。

与铝硅类铸造铝合金的表壳相比，具有氧化时间短，膜层致密、硬度高及更耐腐蚀的优点，使表壳的使用寿命更长。

附图说明

图1是按照本发明的水表表壳的正视图。

具体实施方式

下面参照附图说明按照本发明所述的铸造铝合金制造水表壳的方法及其制品。如图所示，所述的水表表壳包括一个上端开口的中空壳体1，中空壳体用于安装水表芯(未示出)，其开口端用于安装旨在保护表芯的表盖(未示出)，壳体的径向外侧有对置的进水管道2和出水管道3，它们与中空的壳体相通。管道2、3远端外侧分别具有与进水管路(未示出)与出水管路(未示出)连接的螺纹。

下面通过实例来说明按照本发明的铸造铝合金制造水表表壳的方法，所获铸件的力学性能与氧化膜厚度等特性。

实例所用力学性能试样包括：

1、圆柱形拉伸样；

2、表壳。

实例所用盐雾试样包括：

1、扁平形试样；

2、表壳。

将经过阳极氧化处理的试样或表壳，采用国际通用标准中性盐雾试验法，进行试验并进行观察与评价。

实例1

采用上述制备方法制造的本发明材料及样品具有的力学性能特点：

按照本发明的一个优选实施例配料，其中：Mg：10.55％；Si：0.31％；Cu：0.15％；Zn：0.12％；Mn：0.17％；Ti：0.06％；RE：0.10％；Sr：0.03％；Fe：0.80％。Al：余量。

表1新型铝合金材料及表壳拉伸性能

采用上述方法及成分制造的表壳或试样，经阳极氧化处理其技术特点是：

氧化膜厚度为30μm，硬度达到HV350。

采用国标中性盐雾试验法，进行评价，其技术特点是：

盐雾试验240h无腐蚀迹象。

实例2

按照本发明的一个优选实施例配料，其中：Mg：7.68％；Si：0.41％；Cu：0.30％；Zn：1.23％；Mn：0.23％；Ti：0.09％；RE：0.08％；Sr：0.02％；Fe：0.6％。Al：余量。

表2新型铝合金材料及表壳拉伸性能

氧化膜厚度为33μm，硬度达到HV360。

采用国标中性盐雾试验法，进行评价，其技术特点是：

盐雾试验240h无腐蚀迹象。

实例3

按照本发明的一个优选实施例配料，其中：Mg：4.60％；Si：1.80％；Cu：1.12％；Zn：0.50％；Mn：0.60％；Ti：0.10％；RE：0.078％；Sr：0.07％；Fe：0.50％；Al：余量。

表3新型铝合金材料及表壳拉伸性能

氧化膜厚度为36μm，硬度达到HV380。

采用国标中性盐雾试验法，进行评价，其技术特点是：

盐雾试验240h无腐蚀迹象。

申请人已将本发明的构思及其实施例做出了详细说明，本专业的技术人员可在此基础上做出各种变换和改进，但这些变换和改进都没有脱离本发明的精神，都在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种耐腐蚀铸造铝合金水表表壳的制造方法，包括如下步骤：

(1)，按下列配比(重量百分比)配料，其中：Mg：3.50％～13.0％；Si：0.2％～2.0％；Cu：0.10％～1.5％；Zn：0.1％～1.8％；Mn：0.10％～0.6％；Ti：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％，Al：余量；

(2)，熔炼：将上述配比的配料，除Ti、Sr、RE外，均投入中频感应炉熔炼，熔炼温度700～750℃；

(3).精炼与净化处理：调整熔融温度在690～720℃，加入除气精炼净化剂，总加入量为炉料量的0.1～0.6％，搅拌15～25分钟，直到渣与金属液分离，静置10～25分钟，净化扒渣，撒入覆盖剂避免液面暴露；

(4)变质、细化处理：将温度控制在700～750℃，加入Ti、Sr和RE，加入15～35分钟后，均匀搅拌，然后，静置30分钟；

(5)炉内液面保护、浇注与铸造成形：

温度控制在690～740℃，扒去液面的浮渣，启动所述炉的气体保护系统与炉盖关开脚踏系统，进行浇注；

把金属铸模加热至120～250℃，采用有挡板的浇勺浇注，从而获得铸造铝合金的水表表壳铸件；

(6)热处理：

采用地坑井式炉固溶处理设备，加热保温温度为430℃～520℃，保温时间8～25小时；出炉立即热水淬火或油淬，水或油温控制在50～100℃；

采用地坑井式炉人工时效设备，加热保温温度为150～180℃，保温时间3～12小时；出炉空冷至室温；

(7)机械加工与化学、电化学氧化处理：

将热处理的水表表壳铸件进行机加工，获得所需的水表表壳；

对加工后的水表表壳进行表面喷丸处理、表面化学预处理，和阳极氧化处理。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述的配料为：其中Mg：4.5％～11.5％；Si：0.2％～1.5％；Cu：0.1％～1.0％；Zn：0.1％～1.8％；Mn：0.10％～0.6％；Ti：0.05％～0.10％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％；Al：余量。

3.按照权利要求1所述的方法，其中所述的配料为：其中：Mg：7.0％～10.6％；Si：0.2％～0.5％；Cu：0.1％～0.35％；Zn：0.1％～1.5％；Mn：0.10％～0.35％；Ti：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.10％；Sr：0.01％～0.10％；余为Al。

4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其中所述的熔炼步骤进一步包括铝硅、铝铜、铝锰中间合金的第一批炉料加入炉中，待熔化后，撒入质量分数2％-5％，按炉料量，的覆盖剂，再加入剩余中间合金炉料，当上述料已熔化，控制熔炼温度在700～750℃内，随后，将前述熔融金属温度调整在670～720℃，再加入铝、镁、锌纯金属炉料。

5.一种按照上述权利要求的任何一个权利要求所述的方法制造的水表表壳。