CN105420555A - 可阳极氧化的铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents

可阳极氧化的铸造铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可阳极氧化的铸造铝合金及制备方法，其成分：Si0.8～2.0wt％，Mg0.8～3.0wt％，Mn0.1～0.8wt％，Fe﹤0.3wt％，Cu﹤0.3wt％，Zn﹤0.3wt％，含有Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素且含量低于0.05％，余量为Al；制备时：先熔炼，然后除气与精炼，调整熔炼温度，加入六氯乙烷进行除气精炼，净化扒渣；再变质与二次精炼：调整熔炼温度730～750℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，调整熔炼温度700～720℃，加入除气精炼剂，扒渣；最后浇注与铸造。使氧化效果更佳、膜层厚，色泽均匀，通过控制主要合金元素含量，使得材料具有较高强度和成形性能。

Description

可阳极氧化的铸造铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金，尤其涉及一种可阳极氧化的铸造铝合金及其制备方法，属于有色金属技术领域。
背景技术
铝是非常活泼的金属,铝及其合金在空气中自然形成一层Al2O3·H2O或Al2O3氧化膜，可以保护铝基质在中性和弱酸性溶液中不再进一步被腐蚀，起到一定的防护作用。但对于稍微苛刻的环境下,这种在空气中自然形成的膜，就不足以真正地保护铝基体了。随着铝制品工业的不断完善发展，人们开始采用各种方法以达到工艺上的要求,阳极氧化法就是其中最为常用的一种。
近几年来，国内研究人员对铝合金阳极氧化工艺的研究很多，传统的硬质阳极氧化是在低温(0℃左右，甚至更低)和低硫酸浓度(如小于10％H2SO4)的条件下进行。其工艺过程存在能耗大、成本低等缺点。当前对这种传统方法的改进主要由两个方面：一是通过改变电解质的成份来实现，二是改变电源的电流波形。
然而，上述两种提高铝合金阳极化处理的改进方法，工艺较为繁琐，效果无法保证。由于现有的铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力，存在以下问题：膜层不致密，膜层厚度低，色泽度较差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供可阳极氧化的铸造铝合金及其制备方法，使得材料具有较好的综合性能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
可阳极氧化的铸造铝合金，其成分的质量百分含量为：
含有Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素且含量低于0.05％；
余量为Al。
进一步地，上述的可阳极氧化的铸造铝合金，其中，成分中所述
Si1.2～1.8wt％；
Mg0.8～1.6wt％；
Mn0.2～0.6wt％。
更进一步地，上述的可阳极氧化的铸造铝合金，其中，所述铝合金还含有As、Sb、Bi、Pb、Sn、Ni元素中至少一种以上的元素且总量小于0.05wt％，并且S含量在25ppm以下。
本发明可阳极氧化的铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼：按成分配比原料，投入熔炼炉，熔炼温度700～750℃；
2)除气与精炼：调整熔炼温度700～720℃，加入六氯乙烷进行除气精炼，加入量为0.2～0.5％，均匀搅动10～20min，然后净化扒渣；
3)变质与二次精炼：调整熔炼温度730～750℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，加入10～30min之后，调整熔炼温度700～720℃，加入除气精炼剂，加入量0.1～0.3％，均匀搅动5～10min，然后扒渣，准备浇注；
4)浇注与铸造：调整合金温度在680～720℃，铸模温度180～250℃。
再进一步地，上述的可阳极氧化的铸造铝合金，其中，主原料为纯铝，辅原料为铝硅中间合金、镁合金、单质锰和混合稀土。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明使氧化效果更佳、膜层厚，色泽均匀，通过控制主要合金元素Si、Mg的含量，使得材料具有较高的强度和成形性能。
具体实施方式
可阳极氧化的铸造铝合金，成分为：Si0.8～2.0wt％，Mg0.8～3.0wt％，Mn0.1～0.8wt％，Fe﹤0.3wt％，Cu﹤0.3wt％，Zn﹤0.3wt％，含有Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素且含量低于0.05％，余量为Al。
优选成分中：Si1.2～1.8wt％，Mg0.8～1.6wt％，Mn0.2～0.6wt％。
制备可阳极氧化的铸造铝合金的具体工艺为：
1)熔炼：按成分配比原料，投入熔炼炉，熔炼温度700～750℃；
2)除气与精炼：调整熔炼温度700～720℃，加入六氯乙烷进行除气精炼，加入量为0.2～0.5％，均匀搅动10～20min，然后净化扒渣；
3)变质与二次精炼：调整熔炼温度730～750℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，加入10～30min之后，调整熔炼温度700～720℃，加入除气精炼剂，加入量0.1～0.3％，均匀搅动5～10min，然后扒渣，准备浇注；
4)浇注与铸造：调整合金温度在680～720℃，铸模温度180～250℃。
主原料为纯铝，辅原料为铝硅中间合金、镁合金、单质锰和混合稀土。
Si是改善流动性能的主要成份，与Mg形成Mg2Si化合物，从而提升阳极氧化膜耐久性。低于0.8％，流动性较差，铸件无法成形。若高于2.0％，Mg2Si化合物组织粗大，阻碍氧化膜的形成，降低氧化膜的光滑度，氧化膜呈灰色甚至灰黑色。因此Si的含量的下限是0.8％，其上限是2.0％。
Mg是提高铸件抗腐蚀性的主要成份，与Si形成Mg2Si化合物，从而提升氧化膜耐久性；低于0.8％，铸件内部性能差，抗拉强度低；若高于3.0％，Mg2Si化合物组织粗大，阻碍氧化膜的形成，降低氧化膜的光滑度；因此Mg的含量的下限是0.8％，其上限是3.0％。
Mn能提高铝合金再结晶温度，细化晶粒，并溶解杂质铁，形成Al6Fe减少铁的有害影响；低于0.1％时，几乎不会形成这些化合物，因此得不到氧化膜期望的耐久性提高效果；另一方面，当超过0.8％时，合金的强度反而随Mn含量的进一步增加而降低，延伸率也随之下降。因此，Mn的含量的下限为0.1％，其上限为0.8％。
在铝合金阳极氧化过程中，Fe、Cu和Zn元素会成为氧化的起点，成膜效率低。若含量超过0.3％，其中Fe、Cu和会与合金中的铝发生置换反应，沉积到工件表面，氧化膜表面会出现暗色条纹、黑色斑点等缺陷，氧化膜透明度、硬度、耐磨性等性能降低。因此，Fe、Cu和Zn的各含量低于0.3％。
余量Al和其他微量元素，由于其他微量元素不可避免存在，为了实现更低污染化，优先含有Ti、B、Re、Zr成份中之任一种或任二种以上的微量元素含量低于0.05％。
实施例1:
Si:8kg、Mg:8kg、Mn:1kg、Al:983kg放入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度700～730℃；
除气与精炼：调整熔炼温度700～720℃，加入六氯乙烷进行除气精炼，加入量为0.4％，均匀搅动10min，然后净化扒渣；
变质与二次精炼：调整熔炼温度730～740℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，加入30min之后，调整熔炼温度700～710℃，加入除气精炼剂，加入量0.1％，均匀搅动10min，然后扒渣，准备浇注；
浇注与铸造：调整合金温度在680～720℃，铸模温度180～250℃。
所得的合金力学性能为：抗拉强度为300MPa、延伸率为10％、屈服强度210MPa。
实施例2:
Si:20kg、Mg:30kg、Mn:8kg、Fe:3kg、Cu:3kg、Zn:3kg、Al:933kg放入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度700～720℃；
除气与精炼：调整熔炼温度700～720℃，加入六氯乙烷进行除气精炼，加入量为0.5％，均匀搅动20min，然后净化扒渣；
变质与二次精炼：调整熔炼温度730～740℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，加入20min之后，调整熔炼温度700～720℃，加入除气精炼剂，加入量0.2％，均匀搅动8min，然后扒渣，准备浇注；
浇注与铸造：调整合金温度在680～720℃，铸模温度180～250℃。
所得的合金力学性能为：抗拉强度为290MPa、延伸率为5％、屈服强度230MPa。
实施例3:
1吨国内牌号为6061的铝合金材料，抽取一块对测试其内硅含量，得测试值后将国内牌号为6061的铝合金放入熔铝炉，待铝合金溶化后再向熔铝炉内加入硅或铝硅合金，使热熔状态下铝合金中的硅含量处于0.8～2.0％，熔炼温度700～750℃；
除气与精炼：调整熔炼温度700～720℃，加入六氯乙烷进行除气精炼，加入量为0.2％，均匀搅动15min，然后净化扒渣；
变质与二次精炼：调整熔炼温度730～750℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，加入10min之后，调整熔炼温度700～720℃，加入除气精炼剂，加入量0.3％，均匀搅动5min，然后扒渣，准备浇注；
浇注与铸造：调整合金温度在680～720℃，铸模温度180～250℃。
所得的合金力学性能为：抗拉强度为280MPa、延伸率为3％、屈服强度220MPa。
本发明使氧化效果更佳、膜层厚，色泽均匀，通过控制主要合金元素Si、Mg的含量，使得材料具有较高的强度和成形性能。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.可阳极氧化的铸造铝合金，其特征在于其成分的质量百分含量为：
含有Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素且含量低于0.05％；
余量为Al。
2.根据权利要求1所述的可阳极氧化的铸造铝合金，其特征在于：成分中所述
Si1.2～1.8wt％；
Mg0.8～1.6wt％；
Mn0.2～0.6wt％。
3.根据权利要求1所述的可阳极氧化的铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金还含有As、Sb、Bi、Pb、Sn、Ni元素中至少一种以上的元素且总量小于0.05wt％，并且S含量在25ppm以下。
4.权利要求1所述的可阳极氧化的铸造铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)熔炼：按成分配比原料，投入熔炼炉，熔炼温度700～750℃；
2)除气与精炼：调整熔炼温度700～720℃，加入六氯乙烷进行除气精炼，加入量为0.2～0.5％，均匀搅动10～20min，然后净化扒渣；
3)变质与二次精炼：调整熔炼温度730～750℃，加入Al-Sr变质剂作变质处理，加入10～30min之后，调整熔炼温度700～720℃，加入除气精炼剂，加入量0.1～0.3％，均匀搅动5～10min，然后扒渣，准备浇注；
4)浇注与铸造：调整合金温度在680～720℃，铸模温度180～250℃。
5.根据权利要求4所述的可阳极氧化的铸造铝合金的制备方法，其特征在于：主原料为纯铝，辅原料为铝硅中间合金、镁合金、单质锰和混合稀土。
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