CN105401024A - 一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材 - Google Patents

一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg？1.2-1.8；Cu？1-1.5；Mn？0.3-0.5；Zn？5-8；Sc？0.02-0.2；Ti？0.02-0.1；Cr？0.01-0.1；Fe？0.05-0.25；Yb？0.05-0.3；并按以下工艺制备：将原料熔炼后置于挤压机上挤压，挤压速度为5-40m/min；挤压结束后冷却至50℃以下进行拉伸矫直得到挤压件；将挤压件置于保温炉内进行热处理，水洗后进行脱脂、铬化、水洗、干燥，然后进行粉末喷涂得到。本发明提出的种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其强度高，耐腐蚀性好，用其制成的门窗不易变形、变色，使用寿命长。

Description

一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
背景技术
现有的铝合金其强度不是很高，用其制成的铝合金门窗在使用过程中受到风压和推拉或开合过程中产生的撞击的影响，同时，因铝合金型材的主要材料是铝，铝合金门窗在使用过程中会经历风吹日晒或者受到温度及湿度变化的影响，而在空气中极易氧化而受到腐蚀，致使门窗铝合金型材变色、变形，缩短了铝合金型材的使用寿命。因此，通常会对铝合金型材进行表面处理，现有的铝合金型材表面处理工艺有阳极氧化、电解着色、电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂、拉丝等，这些表面处理工艺均起到一定的耐腐蚀效果，但是随着人们对铝合金型材的性能要求的提高，现有的铝合金型材其仍难满足现有建筑材料对使用寿命的要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其强度高，耐腐蚀性好，用其制成的门窗不易变形、变色，使用寿命长。
本发明提出的一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.2-1.8％；Cu：1-1.5％；Mn：0.3-0.5％；Zn：5-8％；Sc：0.02-0.2％；Ti：0.02-0.1％；Cr：0.01-0.1％；Fe：0.05-0.25％；Yb：0.05-0.3％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为450-470℃，预热时间为2-3.5h，铸锭的预热温度为470-520℃，预热时间为4-6h，挤压的速度为5-40m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.5-2.0％；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在400-450℃下保温1-1.5h，升温至480-500℃后保温2-3h，降温至195-205℃后保温5-10h，降温至175-185℃后保温6-10h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理10-15min，然在室温下铬化5-10min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为20-60KV，枪距为10-30cm，喷涂厚度为0.85-1.0mm，喷涂结束后在190-210℃下固化1-12min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
优选地，其成分中，Sc、Cr、Yb的重量比为10：5：22。
优选地，在S2中，挤压的速度为25m/min，拉伸率为1.3％。
优选地，在S2中，水冷或者空冷至50℃以下的过程中，冷却速度为120-150℃/min。
优选地，在S3中，将挤压件放置于保温炉内，在420-435℃下保温1.2-1.4h，升温至489-495℃后保温2.3-2.7h，降温至198-202℃后保温7-8.5h，降温至179-182℃后保温7-8.5h，空冷至室温后得到热处理件。
优选地，在S3中，将挤压件放置于保温炉内，在430℃下保温1.3h，升温至490℃后保温2.5h，降温至200℃后保温8h，降温至180℃后保温8h，空冷至室温后得到热处理件。
优选地，在S4中，所述脱脂处理中，所使用的脱脂剂其原料按重量份包括：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5-10份、十二烷基苯磺酸钠2-5份、氢氧化钠2-4.5份、焦磷酸钠0.5-2份、苹果酸2-3.5份、二亚乙基三胺五乙酸1-2.5份、N-乙酰甘氨酸0.1-1份、油酸0.1-1份、乙醇0.1-0.5份、二异辛基磷酸酯0.1-0.5份、四氯间苯二甲腈0.1-0.25份、水100份；所述脱脂剂中，选择了椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基苯磺酸钠进行复配，使其发挥协同作用，润湿、分散效果好，焦磷酸钠作为无机金属螯合剂，苹果酸、二亚乙基三胺五乙酸、N-乙酰甘氨酸、油酸作为有机金属螯合剂，配合加入体系中，与椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和十二烷基苯磺酸钠具有协同作用，对污垢的乳化、分散、抗再沉积和增溶作用优异，加入的乙醇与二异辛基磷酸酯具有协同作用，增强了脱脂剂的去污能力，同时在体系中消泡作用好，具有优异的持久性，并且在铝合金型材表面残留离子少，四氯间苯二甲腈加入体系中，赋予脱脂剂一定的抗菌性。
优选地，在S4中，在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液、三氯化铬溶液和硝酸铬溶液中的一种或多种的混合物。
优选地，在S4中，在铬化过程中，铬化剂中溶质的浓度为15-20g/L。
优选地，在S4中，粉末喷涂过程中，电压为45KV，枪距20cm，喷涂厚度为0.9mm，喷涂结束后在200℃下固化7min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
本发明门窗用高强耐腐蚀铝合金型材的成分以Al、Zn、Mg、Cu为主合金元素，通过控制Cu与Mg的比例，提高了铝合金的强度，开发出了强度和韧性优异的铝合金型材，调节了体系中Zn的含量，改善了铝合金型材的韧性和抗剥落腐蚀性，并添加了Cr、Mn和Sc，在体系中形成了铝化物弥散相，多种铝化物弥散相协同后，具有细化铸态晶粒，强化钉扎位错的作用，从而显著提高了铝合金型材的再结晶温度，降低了晶粒的再结晶；加入Yb后，在体系中能与Cr、Mn和Sc的铝化物形成新的多元弥散相，这种新的多元弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界，显著抑制基体的再结晶，保留了以小角度晶界为主的纤维状组织，从而改善了铝合金型材的腐蚀性能，提高其断裂韧性；在制备过程中，首先对铸锭和磨具进行了预热，防止了在制备过程中，磨具和铸锭的开裂，挤压后进行了拉伸矫直，通过控制挤压和拉伸矫直的参数，在防止产生“桔皮”、斜角、开口变形的前提下消除了弯曲扭拧，改善了铝合金型材的性能；之后进行了热处理，通过控制热处理过程中的参数，提高了固溶体的过饱和度，并减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，提高了铝合金型材的强韧性和耐蚀性，之后进行了粉末喷涂处理，在铝合金型材的表面得到了平整的外膜，防止了腐蚀粒子进入铝合金内部，进一步改善了铝合金型材的耐腐蚀性和强度。
对本发明所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材进行性能检测，结果如下：抗拉强度为689-756MPa，屈服强度为568-658MPa，延伸率为15-16.3％，盐雾试验腐蚀率为0.1-0.121mg/cm2·d。
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
本发明提出的一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.2％；Cu：1.5％；Mn：0.3％；Zn：8％；Sc：0.02％；Ti：0.1％；Cr：0.01％；Fe：0.25％；Yb：0.05％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为450℃，预热时间为3.5h，铸锭的预热温度为470℃，预热时间为6h，挤压的速度为5m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为2.0％；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在400℃下保温1.5h，升温至480℃后保温3h，降温至195℃后保温10h，降温至175℃后保温10h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理10min，然在室温下铬化10min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为20KV，枪距为30cm，喷涂厚度为0.85mm，喷涂结束后在210℃下固化1min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.8％；Cu：1％；Mn：0.5％；Zn：5％；Sc：0.2％；Ti：0.02％；Cr：0.1％；Fe：0.05％；Yb：0.3％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为470℃，预热时间为2h，铸锭的预热温度为520℃，预热时间为4h，挤压的速度为40m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.5％；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在450℃下保温1h，升温至500℃后保温2h，降温至205℃后保温5h，降温至185℃后保温6h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理15min，然在室温下铬化5min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为60KV，枪距为10cm，喷涂厚度为1.0mm，喷涂结束后在190℃下固化12min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
实施例3
本发明提出的一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.6％；Cu：1.2％；Mn：0.38％；Zn：7％；Sc：0.1％；Ti：0.07％；Cr：0.06％；Fe：0.2％；Yb：0.25％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为458℃，预热时间为3.2h，铸锭的预热温度为486℃，预热时间为4.8h，挤压的速度为12m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为1.2％，水冷或者空冷至50℃以下的过程中，冷却速度为135℃/min；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在420℃下保温1.4h，升温至495℃后保温2.3h，降温至202℃后保温7h，降温至182℃后保温7h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理12min，然在室温下铬化6min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为29KV，枪距为26cm，喷涂厚度为0.89mm，喷涂结束后在198℃下固化8min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材；
所述脱脂处理中，所使用的脱脂剂其原料按重量份包括：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5份、十二烷基苯磺酸钠5份、氢氧化钠2份、焦磷酸钠2份、苹果酸2份、二亚乙基三胺五乙酸2.5份、N-乙酰甘氨酸0.1份、油酸1份、乙醇0.1份、二异辛基磷酸酯0.5份、四氯间苯二甲腈0.1份、水100份；
在铬化过程中，铬化剂为三氯化铬溶液，且三氯化铬溶液的浓度为20g/L；
粉末喷涂过程中，电压为45KV，枪距20cm，喷涂厚度为0.9mm，喷涂结束后在200℃下固化7min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
实施例4
本发明提出的一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.6％；Cu：1.4％；Mn：0.42％；Zn：6.3％；Sc：0.15％；Ti：0.04％；Cr：0.08％；Fe：0.21％；Yb：0.26％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为465℃，预热时间为3.2h，铸锭的预热温度为510℃，预热时间为5.1h，挤压的速度为36m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.7％，水冷或者空冷至50℃以下的过程中，冷却速度为150℃/min；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在435℃下保温1.2h，升温至489℃后保温2.7h，降温至198℃后保温8.5h，降温至179℃后保温8.5h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理14min，然在室温下铬化8.5min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为45KV，枪距为18cm，喷涂厚度为0.9mm，喷涂结束后在200℃下固化10min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材；
所述脱脂处理中，所使用的脱脂剂其原料按重量份包括：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺10份、十二烷基苯磺酸钠2份、氢氧化钠4.5份、焦磷酸钠0.5份、苹果酸3.5份、二亚乙基三胺五乙酸1份、N-乙酰甘氨酸1份、油酸0.1份、乙醇0.5份、二异辛基磷酸酯0.1份、四氯间苯二甲腈0.25份、水100份；
在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液，且硫酸溶液中硫酸的浓度为15g/L。
实施例5
本发明提出的一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.4％；Cu：1.2％；Mn：0.4％；Zn：7％；Sc：0.1％；Ti：0.06％；Cr：0.05％；Fe：0.2％；Yb：0.22％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为462℃，预热时间为3.1h，铸锭的预热温度为498℃，预热时间为5.3h，挤压的速度为25m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为1.3％，水冷或者空冷至50℃以下的过程中，冷却速度为120℃/min；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在430℃下保温1.3h，升温至490℃后保温2.5h，降温至200℃后保温8h，降温至180℃后保温8h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理13min，然在室温下铬化8min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为45KV，枪距20cm，喷涂厚度为0.9mm，喷涂结束后在200℃下固化7min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材；
所述脱脂处理中，所使用的脱脂剂其原料按重量份包括：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8.5份、十二烷基苯磺酸钠3.2份、氢氧化钠4份、焦磷酸钠1.3份、苹果酸2.8份、二亚乙基三胺五乙酸1.9份、N-乙酰甘氨酸0.7份、油酸0.65份、乙醇0.35份、二异辛基磷酸酯0.26份、四氯间苯二甲腈0.2份、水100份；
在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液、三氯化铬溶液和硝酸铬溶液的混合液，且混合液中，溶质的浓度为18g/L。
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 (10)

1.一种门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，其成分按重量百分比包括：Mg：1.2-1.8％；Cu：1-1.5％；Mn：0.3-0.5％；Zn：5-8％；Sc：0.02-0.2％；Ti：0.02-0.1％；Cr：0.01-0.1％；Fe：0.05-0.25％；Yb：0.05-0.3％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2、将挤压模具和铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为450-470℃，预热时间为2-3.5h，铸锭的预热温度为470-520℃，预热时间为4-6h，挤压的速度为5-40m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.5-2.0％；
S3、将挤压件放置于保温炉内，在400-450℃下保温1-1.5h，升温至480-500℃后保温2-3h，降温至195-205℃后保温5-10h，降温至175-185℃后保温6-10h，空冷至室温后得到热处理件；
S4、将热处理件水洗后进行脱脂处理10-15min，然在室温下铬化5-10min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为20-60KV，枪距为10-30cm，喷涂厚度为0.85-1.0mm，喷涂结束后在190-210℃下固化1-12min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
2.根据权利要求1所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，其成分中，Sc、Cr、Yb的重量比为10：5：22。
3.根据权利要求1或2所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S2中，挤压的速度为25m/min，拉伸率为1.3％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S2中，水冷或者空冷至50℃以下的过程中，冷却速度为120-150℃/min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S3中，将挤压件放置于保温炉内，在420-435℃下保温1.2-1.4h，升温至489-495℃后保温2.3-2.7h，降温至198-202℃后保温7-8.5h，降温至179-182℃后保温7-8.5h，空冷至室温后得到热处理件。
6.根据权利要求1-5中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S3中，将挤压件放置于保温炉内，在430℃下保温1.3h，升温至490℃后保温2.5h，降温至200℃后保温8h，降温至180℃后保温8h，空冷至室温后得到热处理件。
7.根据权利要求1-6中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S4中，所述脱脂处理中，所使用的脱脂剂其原料按重量份包括：椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5-10份、十二烷基苯磺酸钠2-5份、氢氧化钠2-4.5份、焦磷酸钠0.5-2份、苹果酸2-3.5份、二亚乙基三胺五乙酸1-2.5份、N-乙酰甘氨酸0.1-1份、油酸0.1-1份、乙醇0.1-0.5份、二异辛基磷酸酯0.1-0.5份、四氯间苯二甲腈0.1-0.25份、水100份。
8.根据权利要求1-7中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S4中，在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液、三氯化铬溶液和硝酸铬溶液中的一种或多种的混合物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S4中，在铬化过程中，铬化剂中溶质的浓度为15-20g/L。
10.根据权利要求1-9中任一项所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材，其特征在于，在S4中，粉末喷涂过程中，电压为45KV，枪距20cm，喷涂厚度为0.9mm，喷涂结束后在200℃下固化7min得到所述门窗用高强耐腐蚀铝合金型材。
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