CN105220022A - 一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，包括：将铝锭、铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金等铝合金和镁锭熔炼形成合金液，再进行除气精炼，然后保温静置，浇铸得到铸锭；将铸锭进行水冷，然后进行热轧，冷却后获得热轧铝合金板；将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材；将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，取出干燥后在室温下浸入乙醚中，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材。本发明所得金属板材具有高强度，而且耐腐蚀性能好。
Description
技术领域
本发明涉及金属板材技术领域，尤其涉及一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法。
背景技术
高强度金属板材热成形技术也称作热冲压技术，越来越受到工业界的关注。热成形工艺的技术优势是：能够成形强度高达1500MPa的复杂承载零部件；高温下，材料塑性、成形性好，能一次成形复杂的冲压件；高温下成形能消除回弹影响，零件精度高，成形质量好。
在普通金属板材热成形工艺中，板材在加热炉里加热，随后将红热的板材送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被具有快速均匀冷却系统的模具冷却淬火，从而得到超高强度比的零部件。上述方法可以得到高强度金属板材，但耐腐蚀性能不佳。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，所得金属板材具有高强度，而且耐腐蚀性能好。
本发明提出的一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金和镁锭在760～780℃熔炼形成合金液，再在800～820℃进行除气精炼，然后在770～790℃下保温静置30～50min，浇铸得到铸锭；在浇铸前进行合金液成分调控，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.3～1.6%，硅0.2～0.5%，铁1.1～1.4%，钛0.9～1.3%，硼0.01～0.04%，稀土1.2～2.3%，镁0.5～1.2%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将铸锭进行水冷，然后进行热轧，铸锭进轧温度为440～455℃，终轧温度330～350℃，冷却后获得热轧铝合金板；
S3、将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为165～185℃，人工时效时间为3～3.4h；
S4、将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为25～30min，清洗温度为68～72℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中16～18min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；
S5、将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为300～500Pa，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材，其中第二铝合金板材负偏压为-120～-160V，沉积温度为420～450℃，涂层耐磨球的涂层厚度为2～6μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为15～18：2～5：20～24。
优选地，S1中，将铝锭加入熔化炉中，在765～775℃下，铝锭熔化为液态后，加入铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金熔化后，加入镁锭，形成合金液。
优选地，S1中，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.4～1.5%，硅0.3～0.4%，铁1.2～1.3%，钛1～1.2%，硼0.02～0.03%，稀土1.8～2%，镁0.8～1%，余量为铝和不可避免的杂质。
优选地，S3中，将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为170～180℃，人工时效时间为3.2～3.3h。
优选地，S4中，将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为26～28min，清洗温度为69～71℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中16.5～17.8min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材。
优选地，S5中，阴极电弧设备包括真空系统、阴极电弧蒸发源、偏压系统、供气系统、节流阀系统、加热系统、测温系统、工件转架系统、冷却水系统和控制系统。
本发明优化了铝合金的合金成分和合金化工艺，调控了铝、镁、硅三种元素的配比，获得Mg2Si和Mg2Al3两种强化相成分基础，为最终获得性能良好的金属板材奠定基础，再掺加铬元素与铝、镁、硅三种元素配合，不仅能进一步提高强度，而且耐腐蚀性能好；通过将浇铸-水冷-热轧-冷却进行综合考虑和工艺协同，形成连铸连轧，并对工艺参数进行合理设定，使得金属板材成形过程中，形变合理，并在热轧过程中同步完成合金元素的固溶处理，并进一步控制热轧后铝合金温度，防止合金元素自然时效造成强度损失，为后续的人工时效获得良好强化效果做准备；通过制定良好的人工时效参数，充分发挥合金元素的强化作用，形成分布良好的强化相，从而使得最终得到的金属板材具有良好的机械性能和抗腐蚀性能；采用阴极电弧蒸镀的方法在球型合金基质表面镀TiAlN涂层，TiAlN涂层厚度为2-6μm，TiAlN涂层中钛、铝、氮的摩尔比为15～18：2～5：20～24，利用氮化物提高耐磨球耐磨性能，满足实际使用过程中对金属板材的要求，经检测发现金属板材硬度可达70HRC以上，而TiAlN涂层中钛、铝按上述摩尔比配合，在涂层表面形成致密的保护膜，显著提高耐热、耐腐蚀和耐氧化的性能，还提高本发明的使用寿命，间接降低了使用成本。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金和镁锭在760℃熔炼形成合金液，再在820℃进行除气精炼，然后在770℃下保温静置50min，浇铸得到铸锭；在浇铸前进行合金液成分调控，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.3%，硅0.5%，铁1.1%，钛1.3%，硼0.01%，稀土2.3%，镁0.5%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将铸锭进行水冷，然后进行热轧，铸锭进轧温度为455℃，终轧温度330℃，冷却后获得热轧铝合金板；
S3、将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为185℃，人工时效时间为3h；
S4、将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为30min，清洗温度为68℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中18min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；
S5、将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为300Pa，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材，其中第二铝合金板材负偏压为-160V，沉积温度为420℃，涂层耐磨球的涂层厚度为6μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为3：1：4。
实施例2
本发明提出的一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金和镁锭在780℃熔炼形成合金液，再在800℃进行除气精炼，然后在790℃下保温静置30min，浇铸得到铸锭；在浇铸前进行合金液成分调控，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.6%，硅0.2%，铁1.4%，钛0.9%，硼0.04%，稀土1.2%，镁1.2%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将铸锭进行水冷，然后进行热轧，铸锭进轧温度为440℃，终轧温度350℃，冷却后获得热轧铝合金板；
S3、将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为165℃，人工时效时间为3.4h；
S4、将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为25min，清洗温度为72℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中16min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；
S5、将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为500Pa，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材，其中第二铝合金板材负偏压为-120V，沉积温度为450℃，涂层耐磨球的涂层厚度为2μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为9：1：12。
实施例3
本发明提出的一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭加入熔化炉中，在765℃下，铝锭熔化为液态后，加入铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金熔化后，加入镁锭，形成合金液，再在815℃进行除气精炼，然后在775℃下保温静置45min，浇铸得到铸锭；在浇铸前进行合金液成分调控，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.4%，硅0.4%，铁1.2%，钛1.2%，硼0.02%，稀土2%，镁0.8%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将铸锭进行水冷，然后进行热轧，铸锭进轧温度为450℃，终轧温度335℃，冷却后获得热轧铝合金板；
S3、将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为180℃，人工时效时间为3.2h；
S4、将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为28min，清洗温度为69℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中17.8min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；
S5、将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为350Pa，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材，其中第二铝合金板材负偏压为-150V，沉积温度为425℃，涂层耐磨球的涂层厚度为5μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为8：2：11，阴极电弧设备包括真空系统、阴极电弧蒸发源、偏压系统、供气系统、节流阀系统、加热系统、测温系统、工件转架系统、冷却水系统和控制系统。
实施例4
本发明提出的一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭加入熔化炉中，在775℃下，铝锭熔化为液态后，加入铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金熔化后，加入镁锭，形成合金液，再在805℃进行除气精炼，然后在785℃下保温静置35min，浇铸得到铸锭；在浇铸前进行合金液成分调控，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.5%，硅0.3%，铁1.3%，钛1%，硼0.03%，稀土1.8%，镁1%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将铸锭进行水冷，然后进行热轧，铸锭进轧温度为445℃，终轧温度345℃，冷却后获得热轧铝合金板；
S3、将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为170℃，人工时效时间为3.3h；
S4、将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为26min，清洗温度为71℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中16.5min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；
S5、将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为450Pa，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材，其中第二铝合金板材负偏压为-130V，沉积温度为440℃，涂层耐磨球的涂层厚度为3μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为17：3：23。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将铝锭、铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金和镁锭在760～780℃熔炼形成合金液，再在800～820℃进行除气精炼，然后在770～790℃下保温静置30～50min，浇铸得到铸锭；在浇铸前进行合金液成分调控，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.3～1.6%，硅0.2～0.5%，铁1.1～1.4%，钛0.9～1.3%，硼0.01～0.04%，稀土1.2～2.3%，镁0.5～1.2%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将铸锭进行水冷，然后进行热轧，铸锭进轧温度为440～455℃，终轧温度330～350℃，冷却后获得热轧铝合金板；
S3、将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为165～185℃，人工时效时间为3～3.4h；
S4、将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为25～30min，清洗温度为68～72℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中16～18min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材；
S5、将第二铝合金板材置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为300～500Pa，用Ar+粒子轰击第二铝合金板材表面进行溅射清洗后，采用钛铝合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高强度耐腐蚀的金属板材，其中第二铝合金板材负偏压为-120～-160V，沉积温度为420～450℃，涂层耐磨球的涂层厚度为2～6μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为15～18：2～5：20～24。
2.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，其特征在于，S1中，将铝锭加入熔化炉中，在765～775℃下，铝锭熔化为液态后，加入铝-铬合金、铝-硅合金、铝-铁合金、铝-钛合金、铝-硼合金、铝-稀土合金熔化后，加入镁锭，形成合金液。
3.根据权利要求1或2所述高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，其特征在于，S1中，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬1.4～1.5%，硅0.3～0.4%，铁1.2～1.3%，钛1～1.2%，硼0.02～0.03%，稀土1.8～2%，镁0.8～1%，余量为铝和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3任一项所述高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，其特征在于，S3中，将热轧铝合金板进行人工时效得到第一铝合金板材，人工时效温度为170～180℃，人工时效时间为3.2～3.3h。
5.根据权利要求1-4任一项所述高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，其特征在于，S4中，将第一铝合金板材浸入丙酮中进行超声清洗，清洗时间为26～28min，清洗温度为69～71℃，取出干燥后在室温下浸入乙醚中16.5～17.8min，然后取出置于真空室中进行干燥得到第二铝合金板材。
6.根据权利要求1-5任一项所述高强度耐腐蚀的金属板材的制备方法，其特征在于，S5中，阴极电弧设备包括真空系统、阴极电弧蒸发源、偏压系统、供气系统、节流阀系统、加热系统、测温系统、工件转架系统、冷却水系统和控制系统。
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