CN105441751A - 一种取暖器专用铝管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种取暖器专用铝管，铝管由以下成分(以质量百分比计)组成：Cu：1.0-1.5％，Mn：0.3-0.5％，Mg：2.5-3.0％，Cr：0.25-0.3％，Zn：5.5-6.5％，Ti：0.05-0.1％，Co：0.5-1％，Sc：0.1-0.2％，Zr：0.10-0.15％，Sr：0.01-0.05％，稀土元素：0.1-0.5％，晶须：5-10％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。本发明取暖器专用铝管采用铝合金材料制成，具有质量轻、强度高和耐腐蚀等优点，且铝管经固溶、一次时效、深冷和二次时效处理，从而提高取暖器专用铝管的抗拉强度等性能，使铝管在生产和使用过程中不会变形。

Description

一种取暖器专用铝管
技术领域
本发明涉及一种铝管，具体涉及一种取暖器专用铝管。
背景技术
取暖器，又称电采暖器，是用于取暖的设备。取暖器有多种，最常见的电取暖器是以电为能源进行加热供暖的取暖设备。可广泛用于住宅、办公室、宾馆、商场、医院、学校、火车车厢等移动供暖、简易活动房等各类民用与公共建筑。
现有技术中的取暖器专用铝管的结构简单，但是由于铝管的外形大、壁厚薄(1.0-1.2mm)，在生产或使用过程中易变形，且受使用环境的影响，铝管易腐蚀，导致铝管使用寿命降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种机械性能好、耐腐蚀、使用寿命久的取暖器专用铝管。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种取暖器专用铝管，铝管由以下成分(以质量百分比计)组成：Cu：1.0-1.5％，Mn：0.3-0.5％，Mg：2.5-3.0％，Cr：0.25-0.3％，Zn：5.5-6.5％，Ti：0.05-0.1％，Co：0.5-1％，Sc：0.1-0.2％，Zr：0.10-0.15％，Sr：0.01-0.05％，稀土元素(排出元素Sc)：0.1-0.5％，晶须：5-10％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
本发明取暖器专用铝管主体由铝合金材料制成，而本发明使用的铝合金属超高强度铝合金，强度高，保证铝管在生产和使用过程中受外力等因素影响下不会变形，热处理强化效果好，退火和新淬火状态下塑性中等，时效状态下的耐蚀性好。因此，制成的取暖器专用铝管具有质量轻、强度高和耐腐蚀等优点。
本发明在铝合金中加入了Co元素，明显地细化合金的组织，使粗大的α、β相变成短小的细板条状组织，而随着组织的细化，铝合金的腐蚀速率降低。
本发明在铝合金中添加了Sc和Zr两种元素，在凝固过程中形成初生Al3(Sc,Zr)复合相，可显著细化合金晶粒，均匀化时形成的次生Al3(Sc,Zr)粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界，有效抑制变形组织的再结晶，显著提高合金的力学性能。而且，Al3(Sc,Zr)复合相还能有效抑制合金中β相(Mg5Al8)的析出，使β相在合金基体中呈不连续分布，从而降低合金的腐蚀敏感性。
本发明在铝合金中添加了Sr元素，再经时效处理后，合金具有很好的抗晶间腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能。
本发明在铝合金中添加了稀土元素，起到微合金化的作用，与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，有一定的除氢、精炼、净化作用。同时，还可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使晶粒细化，有变质的作用。从而提高铝合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
本发明在铝合金中添加了晶须，晶须的机械性能优越、稳定、可适用性大，作为本发明铝合金的主要补强材料添加到铝合金基体中。
在上述的一种取暖器专用铝管中，铝管由以下成分(以质量百分比计)组成：Cu：1.2-1.3％，Mn：0.35-0.45％，Mg：2.6-2.8％，Cr：0.26-0.29％，Zn：5.8-6.2％，Ti：0.06-0.08％，Co：0.6-0.8％，Sc：0.13-0.18％，Zr：0.12-0.13％，Sr：0.02-0.03％，稀土元素(排出元素Sc)：0.2-0.3％，晶须：6-8％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
在上述的一种取暖器专用铝管中，取暖器专用铝管的制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述铝管的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣；
S2、将上述除渣后的铝液倒入压室内，在压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在压射压力下凝固成型得到铝管坯件；
S3、将上述铝管经后处理得到的取暖器专用铝管成品。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S2中的压射速度为90-100L/min，压射压力为60-80MPa。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中的后处理包括均匀化退火处理，均匀化退火处理的温度为450-480℃，保温时间为10-12h。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中均匀化退火处理后进行挤压，挤压的温度为400-450℃。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中挤压后进行固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为460℃时保温5-10min，升温至470℃时保温5-10min，升温至480℃时保温10-15min。高温短时的梯度固溶处理可以获得比相同时间高温单级固溶更加细小的晶粒组织和相当的溶质原子过饱和度，使时效过程能够获得足够高的析出强化效应。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中固溶处理后进行一次时效处理，一次时效处理的温度为110-120℃，时间为3-5h。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中一次时效处理后进行深冷处理。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中深冷处理后进行二次时效处理，二次时效处理的温度为120-130℃，时间为10-15h。
本发明取暖器专用铝管坯件经固溶处理后，先进行一次时效处理，析出过程中容易得到细小的第二相，并且晶粒和第二相也不易长大，晶界也较细。然后经过深冷处理到更加低的温度中，由于温差较大，进一步增大了形核驱动力和形核率，更利于析出第二相，这样使得析出的第二相更加均匀、细小和弥散。在深冷处理过程中，同时会产生大量的位错和亚晶，使坯件在二次时效处理过程中再结晶晶核数大大提高，从而细化晶粒，而晶粒越细小，坯件的抗拉强度越大。
在上述的一种取暖器专用铝管中，步骤S3中二次时效处理后，在铝管表面形成保护层，保护层为Ni-P合金层。本发明在铝管表面形成保护层，不仅可以提升铝管的外观品质，最重要的是可以提高铝管的耐腐蚀性。本发明保护层进一步优选为Ni-P合金层，是因为该镀层由胞状物组成，镀层较均匀致密，镀层与本发明的铝合金基体之间结合良好，Ni-P合金层明显提高了本发明铝合金基体的显微硬度和耐蚀性，延长了铝管的使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1.本发明取暖器专用铝管采用铝合金材料制成，具有质量轻、强度高和耐腐蚀等优点。
2.本发明铝合金的组成成分及其质量百分比配伍合理，显著提高了铝合金的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
3.本发明取暖器专用铝管经固溶处理、一次时效处理、深冷处理和二次时效处理，使再结晶较充分，从而细化晶粒，增加晶界面积，从而提高取暖器专用铝管的抗拉强度等性能，使铝管在生产和使用过程中不会变形。
附图说明
图1为本发明取暖器专用铝管的结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：本发明实施例1-5制备取暖器专用铝管的铝合金的组成成分及其质量百分比
实施例1：
首先，按照表1中实施例1的组成成分及其质量百分比配料，其中，稀土元素为La，晶须为硼酸铝晶须。然后将原料熔炼、铸造成铝棒，铸造的温度为700℃，铸造的速度为80mm/min。随后将铸造成的铝棒进行均匀化退火，均匀化退火的温度为450℃，保温时间为12h。再将铝棒进行挤压，挤压的温度为400℃。
其次，将挤压后的铝棒经过多工位冷镦车加工成取暖器专用铝管坯件。
最后，将取暖器专用铝管坯件经过固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，在460℃时保温5min，升温至470℃时保温5min，升温至480℃时保温15min。然后进行一次时效处理，一次时效的温度为110℃，时间为5h。一次时效处理后进行深冷处理，深冷处理在液氮介质中完成。深冷处理后进行二次时效处理，二次时效的温度为120℃，时间为15h。再经硬质阳极氧化处理，在取暖器专用铝管表面形成厚度为40μm的氧化膜层后得到最终如图1所示的取暖器专用铝管成品。
实施例2：
首先，按照表1中实施例2的组成成分及其质量百分比配料，其中，稀土元素为Ce，晶须为硼酸铝晶须。然后将原料熔炼、铸造成铝棒，铸造的温度为710℃，铸造的速度为83mm/min。随后将铸造成的铝棒进行均匀化退火，均匀化退火的温度为460℃，保温时间为11h。再将铝棒进行挤压，挤压的温度为410℃。
其次，将挤压后的铝棒经过多工位冷镦车加工成取暖器专用铝管坯件。
最后，将取暖器专用铝管坯件经过固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，在460℃时保温6min，升温至470℃时保温6min，升温至480℃时保温14min。然后进行一次时效处理，一次时效的温度为113℃，时间为4h。一次时效处理后进行深冷处理，深冷处理在液氮介质中完成。深冷处理后进行二次时效处理，二次时效的温度为122℃，时间为14h。再经硬质阳极氧化处理，在取暖器专用铝管表面形成厚度为42μm的氧化膜层后得到最终如图1所示的取暖器专用铝管成品。
实施例3：
首先，按照表1中实施例3的组成成分及其质量百分比配料，其中，稀土元素为Y，晶须为硼酸铝晶须。然后将原料熔炼、铸造成铝棒，铸造的温度为720℃，铸造的速度为85mm/min。随后将铸造成的铝棒进行均匀化退火，均匀化退火的温度为465℃，保温时间为11h。再将铝棒进行挤压，挤压的温度为420℃。
其次，将挤压后的铝棒经过多工位冷镦车加工成取暖器专用铝管坯件。
最后，将取暖器专用铝管坯件经过固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，在460℃时保温8min，升温至470℃时保温8min，升温至480℃时保温13min。然后进行一次时效处理，一次时效的温度为115℃，时间为4h。一次时效处理后进行深冷处理，深冷处理在液氮介质中完成。深冷处理后进行二次时效处理，二次时效的温度为125℃，时间为12h。再经硬质阳极氧化处理，在取暖器专用铝管表面形成厚度为43μm的氧化膜层后得到最终如图1所示的取暖器专用铝管成品。
实施例4：
首先，按照表1中实施例4的组成成分及其质量百分比配料，其中，稀土元素为La，晶须为硼酸铝晶须。然后将原料熔炼、铸造成铝棒，铸造的温度为725℃，铸造的速度为88mm/min。随后将铸造成的铝棒进行均匀化退火，均匀化退火的温度为470℃，保温时间为11h。再将铝棒进行挤压，挤压的温度为440℃。
其次，将挤压后的铝棒经过多工位冷镦车加工成取暖器专用铝管坯件。
最后，将取暖器专用铝管坯件经过固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，在460℃时保温9min，升温至470℃时保温9min，升温至480℃时保温12min。然后进行一次时效处理，一次时效的温度为118℃，时间为4h。一次时效处理后进行深冷处理，深冷处理在液氮介质中完成。深冷处理后进行二次时效处理，二次时效的温度为128℃，时间为12h。再经硬质阳极氧化处理，在取暖器专用铝管表面形成厚度为44μm的氧化膜层后得到最终如图1所示的取暖器专用铝管成品。
实施例5：
首先，按照表1中实施例5的组成成分及其质量百分比配料，其中，稀土元素为La与Ce按1:1混合而成，晶须为硼酸铝晶须。然后将原料熔炼、铸造成铝棒，铸造的温度为730℃，铸造的速度为90mm/min。随后将铸造成的铝棒进行均匀化退火，均匀化退火的温度为480℃，保温时间为10h。再将铝棒进行挤压，挤压的温度为450℃。
其次，将挤压后的铝棒经过多工位冷镦车加工成取暖器专用铝管坯件。
最后，将取暖器专用铝管坯件经过固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，在460℃时保温10min，升温至470℃时保温10min，升温至480℃时保温10min。然后进行一次时效处理，一次时效的温度为120℃，时间为3h。一次时效处理后进行深冷处理，深冷处理在液氮介质中完成。深冷处理后进行二次时效处理，二次时效的温度为130℃，时间为10h。再经硬质阳极氧化处理，在取暖器专用铝管表面形成厚度为45μm的氧化膜层后得到最终如图1所示的取暖器专用铝管成品。
对比例1：
对比例1的取暖器专用铝管采用市售7075铝合金制成。
对比例2：
对比例2与实施例3的区别仅在于，对比例2的铝合金中不含有Co元素。
对比例3：
对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3的铝合金中不含有Sc元素。
对比例4：
对比例4与实施例3的区别仅在于，对比例4的铝合金中不含有Zr元素。
对比例5：
对比例5与实施例3的区别仅在于，对比例5的铝合金中不含有Sr元素。
对比例6：
对比例6与实施例3的区别仅在于，对比例6的铝合金中不含有晶须。
对比例7：
对比例7与实施例3的区别仅在于，对比例7的固溶处理为单级固溶处理，温度为460℃，时间为60min。
对比例8：
对比例8与实施例3的区别仅在于，对比例8的没有经过深冷处理。
对比例9：
对比例9与实施例3的区别仅在于，对比例9的没有铝管表面没有保护层。
将上述实施例1-5和对比例1-9制成的取暖器专用铝管进行力学性能测试，测试结果如表2和表3所示。
表2：实施例1-5取暖器专用铝管性能测试结果
表3：对比例1-9取暖器专用铝管性能测试结果
从表2和表3的测试结果可知，采用本发明组成成分及其质量百分比配伍而成的铝合金，并运用本发明的制备方法制备而成的取暖器专用铝管在性能上要优于采用普通铝合金或者采用现有制备方法制备而成的取暖器专用铝管的性能。
将本发明实施例和对比例制备得到的取暖器专用铝管进行耐腐蚀性测试。耐腐蚀性测试采用湿热试验和盐雾腐蚀试验。经统计：在相同湿热试验条件下，本发明实施例制备得到的取暖器专用铝管在960h后均未出现腐蚀现象，而对比例制备得到的阀塞在960h后均出现腐蚀现象，腐蚀时间最早的出现在855h。在相同盐雾试验条件下，本发明实施例制备得到的阀塞在65h后均未出现腐蚀现象，而对比例制备得到的阀塞在65h后均出现腐蚀现象，腐蚀时间最早的出现在40h。
由此可知，采用本发明组成成分及其质量百分比配伍而成的铝合金，并运用本发明的制备方法制备成取暖器专用铝管，在耐腐蚀性方面较优，可以满足在不同环境下使用，且能保证安全性和使用寿命。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种取暖器专用铝管，其特征在于，所述铝管由以下成分(以质量百分比计)组成：Cu：1.0-1.5％，Mn：0.3-0.5％，Mg：2.5-3.0％，Cr：0.25-0.3％，Zn：5.5-6.5％，Ti：0.05-0.1％，Co：0.5-1％，Sc：0.1-0.2％，Zr：0.10-0.15％，Sr：0.01-0.05％，稀土元素：0.1-0.5％，晶须：5-10％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，所述取暖器专用铝管的制备方法包括以下步骤：
S1、按照权利要求1铝管的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣；
S2、将上述除渣后的铝液倒入压室内，在压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在压射压力下凝固成型得到铝管坯件；
S3、将上述铝管经后处理得到的取暖器专用铝管成品。
3.根据权利要求2所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S2中所述的压射速度为90-100L/min，压射压力为60-80MPa。
4.根据权利要求2所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述后处理包括均匀化退火处理，均匀化退火处理的温度为450-480℃，保温时间为10-12h。
5.根据权利要求4所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述均匀化退火处理后进行挤压，挤压的温度为400-450℃。
6.根据权利要求5所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述挤压后进行固溶处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为460℃时保温5-10min，升温至470℃时保温5-10min，升温至480℃时保温10-15min。
7.根据权利要求6所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述固溶处理后进行一次时效处理，一次时效处理的温度为110-120℃，时间为3-5h。
8.根据权利要求7所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述一次时效处理后进行深冷处理。
9.根据权利要求8所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述深冷处理后进行二次时效处理，二次时效处理的温度为120-130℃，时间为10-15h。
10.根据权利要求9所述的一种取暖器专用铝管，其特征在于，步骤S3中所述二次时效处理后，在铝管表面形成保护层，保护层为Ni-P合金层。
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