CN105369072A - 一种轻质金属板材成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质金属板材成型方法，包括：将铸锭进行水冷，然后进行热轧，冷却后升至520～540℃，保温2.5～3.5h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中进行保温2.8～3.2h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；将淬火铝合金板升温至195～205℃，保温2.5～3h得到时效铝合金板；将时效铝合金板进行清洗，真空干燥得到预处理铝合金板；将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为600～800Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材。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，不仅能进一步提高强度，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，尤其涉及一种轻质金属板材成型方法。
背景技术
铝合金是以铝为基的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。
铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，铸造铝合金在铸态下使用。变形铝合金能承受压力加工，可加工成各种形态、规格的铝合金材，主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
现有技术中铝合金板材具有良好的可切削性，接触焊、点焊和滚焊性能良好，可进行热处理强化，有挤压效应，但是其耐蚀性不高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种轻质金属板材成型方法，具有高强度，接触焊、点焊和滚焊性能良好，而且耐腐蚀性能好。
本发明提出的一种轻质金属板材成型方法，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-硼合金和镁锭在740～755℃熔炼形成合金液，再在780～795℃进行除气精炼，然后在760～770℃下保温静置50～80min，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2.3～2.6%，硅1.12～1.25%，铁1～1.5%，钛1.8～2.3%，硼0.3～0.4%，镁0.8～1.2%，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，冷却后以2～4℃/min的升温速度升至520～540℃，保温2.5～3.5h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至260～280℃进行保温2.8～3.2h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；
S3、将淬火铝合金板升温至195～205℃，保温2.5～3h得到时效铝合金板；
S4、将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为35～55min，清洗温度为65～68℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中20～24min，真空干燥得到预处理铝合金板；
S5、将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为600～800Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材，其中预处理铝合金板负偏压为-140～-180V，沉积温度为400～420℃，涂层耐磨球的涂层厚度为2～6μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为20～23：3～6：25～28。
优选地，S1中，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬2.4～2.5%，硅1.18～1.22%，铁1.2～1.3%，钛2～2.2%，硼0.32～0.36%，镁0.9～1.1%，余量为铝和不可避免的杂质。
优选地，S2中，将铸锭进行水冷，然后进行热轧，冷却后以2.8～3.4℃/min的升温速度升至525～535℃，保温2.8～3.2h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至265～275℃进行保温2.9～3.1h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板。
优选地，S3中，将淬火铝合金板升温至198～202℃，保温2.7～2.8h得到时效铝合金板。
优选地，S4中，将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为40～50min，清洗温度为66～67℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中22～23min，真空干燥得到预处理铝合金板。
优选地，S5中，预处理铝合金板负偏压为-150～-170V，沉积温度为405～415℃，涂层耐磨球的涂层厚度为3～4μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为21～22：4～5：26～27。
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-等温淬火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20～23：3～6：25～28，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72HRC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
本发明提出的一种轻质金属板材成型方法，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-硼合金和镁锭在740℃熔炼形成合金液，再在795℃进行除气精炼，然后在760℃下保温静置80min，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2.3%，硅1.25%，铁1%，钛2.3%，硼0.3%，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，冷却后以2℃/min的升温速度升至540℃，保温2.5h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至280℃进行保温2.8h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；
S3、将淬火铝合金板升温至205℃，保温2.5h得到时效铝合金板；
S4、将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为55min，清洗温度为65℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中24min，真空干燥得到预处理铝合金板；
S5、将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为600Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材，其中预处理铝合金板负偏压为-180V，沉积温度为400℃，涂层耐磨球的涂层厚度为6μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为20：6：25。
实施例2
本发明提出的一种轻质金属板材成型方法，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-硼合金和镁锭在755℃熔炼形成合金液，再在780℃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2.6%，硅1.12%，铁1.5%，钛1.8%，硼0.4%，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，冷却后以4℃/min的升温速度升至520℃，保温3.5h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至260℃进行保温3.2h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；
S3、将淬火铝合金板升温至195℃，保温3h得到时效铝合金板；
S4、将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为35min，清洗温度为68℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中20min，真空干燥得到预处理铝合金板；
S5、将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为800Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材，其中预处理铝合金板负偏压为-140V，沉积温度为420℃，涂层耐磨球的涂层厚度为2μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为23：3：28。
实施例3
本发明提出的一种轻质金属板材成型方法，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-硼合金和镁锭在745℃熔炼形成合金液，再在790℃进行除气精炼，然后在763℃下保温静置70min，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2.4%，硅1.22%，铁1.2%，钛2.2%，硼0.32%，镁1.1%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将将铸锭进行水冷，然后进行热轧，冷却后以2.8℃/min的升温速度升至535℃，保温2.8h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至275℃进行保温2.9h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；
S3、将淬火铝合金板升温至202℃，保温2.7h得到时效铝合金板；
S4、将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为50min，清洗温度为66℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中23min，真空干燥得到预处理铝合金板；
S5、将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为650Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材，其中预处理铝合金板负偏压为-170V，沉积温度为405℃，涂层耐磨球的涂层厚度为4μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为21：5：26。
实施例4
本发明提出的一种轻质金属板材成型方法，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-硼合金和镁锭在750℃熔炼形成合金液，再在785℃进行除气精炼，然后在777℃下保温静置60min，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2.5%，硅1.18%，铁1.3%，钛2%，硼0.36%，镁0.9%，余量为铝和不可避免的杂质；
S2、将将铸锭进行水冷，然后进行热轧，冷却后以3.4℃/min的升温速度升至525℃，保温3.2h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至265℃进行保温3.1h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；
S3、将淬火铝合金板升温至198℃，保温2.8h得到时效铝合金板；
S4、将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为40min，清洗温度为67℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中22min，真空干燥得到预处理铝合金板；
S5、将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为700Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材，其中预处理铝合金板负偏压为-150V，沉积温度为415℃，涂层耐磨球的涂层厚度为3μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为22：4：27。
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)
1.一种轻质金属板材成型方法，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-硼合金和镁锭在740～755℃熔炼形成合金液，再在780～795℃进行除气精炼，然后在760～770℃下保温静置50～80min，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2.3～2.6%，硅1.12～1.25%，铁1～1.5%，钛1.8～2.3%，硼0.3～0.4%，镁0.8～1.2%，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，冷却后以2～4℃/min的升温速度升至520～540℃，保温2.5～3.5h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至260～280℃进行保温2.8～3.2h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板；
S3、将淬火铝合金板升温至195～205℃，保温2.5～3h得到时效铝合金板；
S4、将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为35～55min，清洗温度为65～68℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中20～24min，真空干燥得到预处理铝合金板；
S5、将预处理铝合金板置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为600～800Pa，用Ar+粒子轰击预处理铝合金板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轻质金属板材，其中预处理铝合金板负偏压为-140～-180V，沉积温度为400～420℃，涂层耐磨球的涂层厚度为2～6μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为20～23：3～6：25～28。
2.根据权利要求1所述轻质金属板材成型方法，其特征在于，S1中，调控后合金液的成分按质量分数包括：铬2.4～2.5%，硅1.18～1.22%，铁1.2～1.3%，钛2～2.2%，硼0.32～0.36%，镁0.9～1.1%，余量为铝和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述轻质金属板材成型方法，其特征在于，S2中，将铸锭进行水冷，然后进行热轧，冷却后以2.8～3.4℃/min的升温速度升至525～535℃，保温2.8～3.2h后，取出置于熔融状态的硝酸盐中，待硝酸盐的温度至265～275℃进行保温2.9～3.1h，然后水冷至室温得到淬火铝合金板。
4.根据权利要求1-3任一项所述轻质金属板材成型方法，其特征在于，S3中，将淬火铝合金板升温至198～202℃，保温2.7～2.8h得到时效铝合金板。
5.根据权利要求1-4任一项所述轻质金属板材成型方法，其特征在于，S4中，将时效铝合金板进行超声清洗，清洗时间为40～50min，清洗温度为66～67℃，取出干燥后在室温下浸入无水乙醇中22～23min，真空干燥得到预处理铝合金板。
6.根据权利要求1-5任一项所述轻质金属板材成型方法，其特征在于，S5中，预处理铝合金板负偏压为-150～-170V，沉积温度为405～415℃，涂层耐磨球的涂层厚度为3～4μm，涂层中钛、铝、氮的摩尔比为21～22：4～5：26～27。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160302 |